《金属力学性能测试》课件-氢脆

氢的来源及氢脆的特点、机理、防治措施《金属力学性能测试》01氢的来源03氢脆的断裂机理02氢脆的特点04氢脆的防止措施课程导入一艘原本静止不动的游轮，突然之间断层两节，而且断面齐整，像是用刀切开的长面包。这场灾难发生在1943年的一个晚上，在国外的某造船厂中，一艘刚刚造好的游轮突然整齐的断裂了。经过调查，发现从选材到焊接都是符合标准的，而且工人的操作也是符合作业规范的，那究竟是怎么回事呢？——罪魁祸首竟然是氢，而由氢导致的氢脆又被称为工业中的隐形杀手或定时炸弹。忽然间断成两段静止于海面上的新游轮01PARTONE氢的来源一、氢的来源冶炼焊接酸洗电镀内含的氢例如：汽车中的镀锌螺钉和弹簧，断裂率高达40%～50%一、氢的来源外来的氢例如：长期在氢气或HS气氛中工作的储气罐，如果制造或使用不当，极易发生破裂和泄露事故。一、氢的来源氢在金属中的存在形式间隙原子氢以间隙原子状态固溶在金属中，且通常随着温度降低溶解度下降。扩散聚集通过扩散的方式聚集在较大的缺陷处，并以氢分子状态存在。氢化物氢与某些元素生成氢化物，或与金属中的第二相生成气体。02PARTTWO氢脆的特点二、氢脆的特点氢脆，英文缩成HE，又称氢致开裂或氢损伤，是由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生塑性下降、断裂或损伤的现象。氢对金属材料而言是有害的。齿轮钢的氢脆断口氢脆的类型氢蚀白点氢化物致脆氢致延滞断裂例如：碳钢在300～500℃的高压氢气氛中工作时，由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气泡，当气泡在晶界上达到一定密度后，金属的塑性将大幅度降低，甚至发生破裂。二、氢脆的特点（1）氢蚀：它是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，进而使基体金属晶界结合力减弱而脆化的现象。氢蚀产生CH4气泡宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状；微观形貌属于沿晶断裂。二、氢脆的特点（1）氢蚀：它是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，进而使基体金属晶界结合力减弱而脆化的现象。氢蚀断口形貌二、氢脆的特点（2）白点：又称发裂，是指当钢中含有过量的氢时，随着温度降低，氢在钢中的溶解度减小，可能在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力增大，将金属局部撕裂，而形成微裂纹。10CrNiMoV钢锻材调质后纵断面上的白点形貌纵向断面上：裂纹呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点，故称白点；二、氢脆的特点（2）白点：又称发裂，是指当钢中含有过量的氢时，随着温度降低，氢在钢中的溶解度减小，可能在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力增大，将金属局部撕裂，而形成微裂纹。横断面宏观磨片：腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发裂。发裂二、氢脆的特点国之脊梁——李熏（1913－1983）世界上首次提出钢中的“发裂”是由于钢在冶炼过程中混进了氢原子引起的这一理论的人，正式我国学者李熏，那是的他才27岁，还在谢菲尔德大学研究部工作。经过大量的研究与不懈地努力破解了这一世界性的科技难题。二、氢脆的特点国之脊梁——李熏（1913－1983）1951年回国，积极筹建金属研究所。60年代初，组织科技人员发展国防建设所需的尖端材料，领导中国科学院金属研究所开拓了铀冶金、铸造高温合金、难熔金属、高温物理性能测试、稀土在钢中应用等研究领域并取得许多重要成果，为我国第一颗原子弹、第一颗重返地面人造卫星、第一架超音速喷气飞机等国之重器研制关键材料，作出了重要贡献。03PARTTHREE氢脆的断裂机理α-Fe晶格三、氢脆的断裂机理氢脆氢原子的扩散有关，其断裂过程可分为三个阶段，即孕育阶段、裂纹亚稳扩展阶段及失稳扩展阶段。钢的表面单纯吸附氢原子是不会产生氢脆的，氢必须进入α-Fe晶格中并偏聚到一定浓度后才能形成裂纹。孕育期：氢进入→迁移→偏聚。扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关，所以氢脆更多的表现为延滞断裂。三、氢脆的断裂机理应力集中扩散聚集金属缺陷多氢原子变分子巨大内压力＋＞屈服强度外加应力裂纹或脆断延滞断裂的根本原因间隙原子空位04PARTFOUR氢脆防止措施四、氢脆防止措施裂纹拓展

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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先环境因素防止措施四、氢脆防止措施

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先环境因素降低或抑制材料内的氢含量。即设法切断氢进入金属中的途径，或者控制这条途径上的某个关键环节。冶炼焊接电镀降低氢含量01排氢处理02表面涂层03四、氢脆防止措施

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先力学因素表面残余压应力层残余拉应力及其产生因素获得消除

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先材料因素氢脆临界应力场强度因子：KⅠHEC含碳量越小硫含量越小磷含量越小晶粒度越细氢脆敏感性低球状珠光体片状珠光体回火马氏体或贝氏