《金屬力學(xué)性能測試》課件-氫脆

氫的來源及氫脆的特點(diǎn)、機(jī)理、防治措施《金屬力學(xué)性能測試》01氫的來源03氫脆的斷裂機(jī)理02氫脆的特點(diǎn)04氫脆的防止措施課程導(dǎo)入一艘原本靜止不動(dòng)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(zāi)難發(fā)生在1943年的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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?zhǔn)拙谷皇菤?，而由氫?dǎo)致的氫脆又被稱為工業(yè)中的隱形殺手或定時(shí)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(dá)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(chǔ)氣罐，如果制造或使用不當(dāng)，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(kuò)散聚集通過擴(kuò)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(diǎn)二、氫脆的特點(diǎn)氫脆，英文縮成HE，又稱氫致開裂或氫損傷，是由于氫和應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生塑性下降、斷裂或損傷的現(xiàn)象。氫對(duì)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(diǎn)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(shí)，由于氫與鋼中的碳化物作用生成高壓的CH4氣泡，當(dāng)氣泡在晶界上達(dá)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(diǎn)（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(jìn)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(diǎn)（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(jìn)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(diǎn)（2）白點(diǎn)：又稱發(fā)裂，是指當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)，故稱白點(diǎn)；二、氫脆的特點(diǎn)（2）白點(diǎn)：又稱發(fā)裂，是指當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，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(shí)，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(xì)裂紋，故又稱發(fā)裂。發(fā)裂二、氫脆的特點(diǎn)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(jìn)了氫原子引起的這一理論的人，正式我國學(xué)者李熏，那是的他才27歲，還在謝菲爾德大學(xué)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(diǎn)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(shè)所需的尖端材料，領(lǐng)導(dǎo)中國科學(xué)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(yīng)用等研究領(lǐng)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(jī)等國之重器研制關(guān)鍵材料，作出了重要貢獻(xiàn)。03PARTTHREE氫脆的斷裂機(jī)理α-Fe晶格三、氫脆的斷裂機(jī)理氫脆氫原子的擴(kuò)散有關(guān)，其斷裂過程可分為三個(gè)階段，即孕育階段、裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段及失穩(wěn)擴(kuò)展階段。鋼的表面單純吸附氫原子是不會(huì)產(chǎn)生氫脆的，氫必須進(jìn)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(jìn)入→遷移→偏聚。擴(kuò)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(jī)理應(yīng)力集中擴(kuò)散聚集金屬缺陷多氫原子變分子巨大內(nèi)壓力＋＞屈服強(qiáng)度外加應(yīng)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

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先力學(xué)因素

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先材料因素

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||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(shè)法切斷氫進(jìn)入金屬中的途徑，或者控制這條途徑上的某個(gè)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(xué)因素表面殘余壓應(yīng)力層殘余拉應(yīng)力及其產(chǎn)生因素獲得消除

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