危害:氫損傷導致金屬或金屬材料的韌性和塑性降低,易使材料開裂或脆斷。
氫脆鋼中氫所引起的脆性,又稱氫致開裂或氫損傷。鋼中的氫會導致鋼的力學性能下降,如鋼中白點、氫腐蝕、環境氫與應力互動作用形成的應力腐蝕等。鋼中氫的來源有:(1)在冶煉、酸洗、焊接或電鍍等工藝過程中鋼所吸收的氫。(2)使用過程中由環境中吸收的氫。含氫介質有H2、H2s等氣體,或在水溶液中腐蝕時陰極過程所釋放的氫。
研究氫脆可用拉伸試驗,將預先充氫的試樣用斷面收縮率的變化來確定其脆化係數I:
I=(Ψ0-ΨH)/Ψ0*100%
式中Ψ0和ΨH分別為未充氫和充氫試樣的斷面收縮率。I值越大,鋼的氫脆敏感性也越大。現在也廣泛用斷裂力學來研究氫脆,採用預製裂紋的試樣,在致氫脆環境中或預先充氫載入,測定斷裂時間(Tf)和斷裂應力(óf)隨著應力場強度因子(Ki)的降低而增加,當Ki下降趨於一個穩定值Kiscc稱為應力腐蝕(氫脆)臨界。應力場強度因子。圖3為斷裂時間(Tf)與應力場強度因子(Ki)的關係。由斷裂力學可知,它與ó1和臨界裂紋深度ac之間的關係為
KIscc=α(πac)1/2óf
式中α為形狀因子,可由有關斷裂力學的手冊中查到。
影響鋼氫脆的因素是一定濃度的氫。一定的拉伸應力和敏感的顯微組織。馬氏體組織伴隨有較大的相變應力,這種組織對氫脆特別敏感,其次為貝氏體、屈氏體。一般索氏體,鐵素體+珠光體,其氫脆敏感性較小。
白點鋼中氫引起的一種內部裂紋,在斷口上面呈現圓形或橢圓形銀白色斑點,多在鋼坯、重軌和大鍛件中出現。對白點比較敏感的鋼主要是合金結構鋼和部分合金工具鋼。當鋼中氫含量高時,鋼顯著變脆,甚至失去塑性。當含氫高時,鋼中又有相當大的內應力,這種內應力一方面來自過飽和氫從鋼中析出所產生的
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