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科技名词|氢脆


hydrogenembrittlement


定义:钢件热处理时,溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,导致韧度降低和延时断裂强度降低的现象。


学科:机械工程_机械制造工艺与设备_热处理_热处理缺陷


相关名词:延迟氢脆 氢脆敏感性 氢脆断裂


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图片来源:视觉中国


【延伸阅读】


氢脆是金属中的氢所导致的材料韧性降低并产生脆性断裂的现象。金属中的氢从哪里来?它如何能够导致材料断裂?防护的对策又是什么?这些都是大家关注的问题。


根据氢的来源不同,可将氢脆分为内部氢脆和环境氢脆。前者的氢来自金属材料加工过程中所吸取的氢,例如金属的酸洗,酸与金属发生析氢反应,产生的氢原子就扩散到材料内部;后者的氢来自周围环境中所吸取的氢,例如储氢罐,金属构件本身就处于富含氢气的环境中。


那么这些小小的氢原子又是如何导致材料断裂的呢?钢在冷却过程中,氢的溶解度不断减小,来不及析出的氢原子在其内部扩散游移,它们发现了孔隙、微裂纹等材料内部缺陷(这是必然存在且不可避免的),就在此聚集形成氢气分子,同时导致周围氢原子浓度减小。在浓度差的作用下,远处的氢原子也向此靠拢,聚合成更多的氢气分子,形成了一个正反馈。随着氢气越来越多,氢气团的体积与压力也不断增大,足以把材料局部撕裂而产生微裂纹,宏观表现便是钢中的白点(如果靠近材料表面,就会形成鼓泡)。此时钢材的断裂韧性就大大减小,即使其服役环境中的应力水平远小于其断裂强度,也很容易发生断裂。这就是早期的“氢压理论”。


了解了这些之后,大家就可以有针对性地提出防护对策了。首要的是减少材料中的氢原子浓度,这就需要“开流节源”,如将钢水缓慢冷却以使氢原子能够充分析出,或施加表面涂层以阻隔氢原子向材料内部扩散。随着氢脆机理以及金属材料加工工艺研究的深入,科学家们进一步提出可以从力学因素(即减小材料的残余拉应力)和材料因素(即优化冷热加工工艺、细化晶粒)等方面来减小氢脆产生的影响。


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来源:危险化学品安全监督管理一司

编辑:小菜

发稿:澳门新莆京98378com秘书处

邮箱:gdaa2016@163.com



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