《金屬力學性能測試》課件-氫脆

氫的來源及氫脆的特點、機理、防治措施《金屬力學性能測試》01氫的來源03氫脆的斷裂機理02氫脆的特點04氫脆的防止措施課程導入一艘原本靜止不動的游輪，突然之間斷層兩節(jié)，而且斷面齊整，像是用刀切開的長面包。這場災難發(fā)生在1943年的一個晚上，在國外的某造船廠中，一艘剛剛造好的游輪突然整齊的斷裂了。經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)從選材到焊接都是符合標準的，而且工人的操作也是符合作業(yè)規(guī)范的，那究竟是怎么回事呢？——罪魁禍首竟然是氫，而由氫導致的氫脆又被稱為工業(yè)中的隱形殺手或定時炸彈。忽然間斷成兩段靜止于海面上的新游輪01PARTONE氫的來源一、氫的來源冶煉焊接酸洗電鍍內(nèi)含的氫例如：汽車中的鍍鋅螺釘和彈簧，斷裂率高達40%～50%一、氫的來源外來的氫例如：長期在氫氣或HS氣氛中工作的儲氣罐，如果制造或使用不當，極易發(fā)生破裂和泄露事故。一、氫的來源氫在金屬中的存在形式間隙原子氫以間隙原子狀態(tài)固溶在金屬中，且通常隨著溫度降低溶解度下降。擴散聚集通過擴散的方式聚集在較大的缺陷處，并以氫分子狀態(tài)存在。氫化物氫與某些元素生成氫化物，或與金屬中的第二相生成氣體。02PARTTWO氫脆的特點二、氫脆的特點氫脆，英文縮成HE，又稱氫致開裂或氫損傷，是由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產(chǎn)生塑性下降、斷裂或損傷的現(xiàn)象。氫對金屬材料而言是有害的。齒輪鋼的氫脆斷口氫脆的類型氫蝕白點氫化物致脆氫致延滯斷裂例如：碳鋼在300～500℃的高壓氫氣氛中工作時，由于氫與鋼中的碳化物作用生成高壓的CH4氣泡，當氣泡在晶界上達到一定密度后，金屬的塑性將大幅度降低，甚至發(fā)生破裂。二、氫脆的特點（1）氫蝕：它是由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，進而使基體金屬晶界結(jié)合力減弱而脆化的現(xiàn)象。氫蝕產(chǎn)生CH4氣泡宏觀斷口形貌呈氧化色，顆粒狀；微觀形貌屬于沿晶斷裂。二、氫脆的特點（1）氫蝕：它是由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，進而使基體金屬晶界結(jié)合力減弱而脆化的現(xiàn)象。氫蝕斷口形貌二、氫脆的特點（2）白點：又稱發(fā)裂，是指當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低，氫在鋼中的溶解度減小，可能在某些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力增大，將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。10CrNiMoV鋼鍛材調(diào)質(zhì)后縱斷面上的白點形貌縱向斷面上：裂紋呈現(xiàn)近似圓形或橢圓形的銀白色斑點，故稱白點；二、氫脆的特點（2）白點：又稱發(fā)裂，是指當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低，氫在鋼中的溶解度減小，可能在某些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力增大，將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。橫斷面宏觀磨片：腐蝕后則呈現(xiàn)為毛細裂紋，故又稱發(fā)裂。發(fā)裂二、氫脆的特點國之脊梁——李熏（1913－1983）世界上首次提出鋼中的“發(fā)裂”是由于鋼在冶煉過程中混進了氫原子引起的這一理論的人，正式我國學者李熏，那是的他才27歲，還在謝菲爾德大學研究部工作。經(jīng)過大量的研究與不懈地努力破解了這一世界性的科技難題。二、氫脆的特點國之脊梁——李熏（1913－1983）1951年回國，積極籌建金屬研究所。60年代初，組織科技人員發(fā)展國防建設所需的尖端材料，領導中國科學院金屬研究所開拓了鈾冶金、鑄造高溫合金、難熔金屬、高溫物理性能測試、稀土在鋼中應用等研究領域并取得許多重要成果，為我國第一顆原子彈、第一顆重返地面人造衛(wèi)星、第一架超音速噴氣飛機等國之重器研制關(guān)鍵材料，作出了重要貢獻。03PARTTHREE氫脆的斷裂機理α-Fe晶格三、氫脆的斷裂機理氫脆氫原子的擴散有關(guān)，其斷裂過程可分為三個階段，即孕育階段、裂紋亞穩(wěn)擴展階段及失穩(wěn)擴展階段。鋼的表面單純吸附氫原子是不會產(chǎn)生氫脆的，氫必須進入α-Fe晶格中并偏聚到一定濃度后才能形成裂紋。孕育期：氫進入→遷移→偏聚。擴散的速度與濃差梯度、溫度和材料種類有關(guān)，所以氫脆更多的表現(xiàn)為延滯斷裂。三、氫脆的斷裂機理應力集中擴散聚集金屬缺陷多氫原子變分子巨大內(nèi)壓力＋＞屈服強度外加應力裂紋或脆斷延滯斷裂的根本原因間隙原子空位04PARTFOUR氫脆防止措施四、氫脆防止措施裂紋拓展

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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先環(huán)境因素防止措施四、氫脆防止措施

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先環(huán)境因素降低或抑制材料內(nèi)的氫含量。即設法切斷氫進入金屬中的途徑，或者控制這條途徑上的某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。冶煉焊接電鍍降低氫含量01排氫處理02表面涂層03四、氫脆防止措施

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先力學因素表面殘余壓應力層殘余拉應力及其產(chǎn)生因素獲得消除

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先材料因素氫脆臨界應力場強度因子：KⅠHEC含碳量越小硫含量越小磷含量越小晶粒度越細氫脆敏感性低球狀珠光體片狀珠光體回火馬氏體或貝氏