氢脆知识总结

zhangyang87

氢脆是指溶于刚这氢，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，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一旦产生，就消除不了。在材料的制备和装配（如电镀、焊接）中氢会进入钢材内部（10-6量级）在内部残余应力或外应力作用会导致材料脆化甚至开裂。在尚未开裂的情况下可以通过脱氢处理（例如加热到200℃以上数小时，可使材料内部的氢减少）恢复钢材的性能。

氢脆机理
由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集，应力集中部位的金属缺陷多（原子点阵错位、空穴等）。氢扩散到这些缺陷处，氢原子变成氢分子，产生巨大的压力，这个压力与材料内部的残余应力及材料受到的外加应力组成一个合力。当这个合力超过材料的屈服强度就会导致断裂发生。氢脆既然与氢原子的扩散有关，扩散是需要时间的，扩散的速度与浓度梯度、温度和材料种类有关，因此，氢脆通常表现为延迟断裂。
      氢脆的机理尚不完全清楚，但很多因素会影响氢脆速度，如：压力、环境温度等，氢的纯度、浓度和暴露时间，以及材料的应力状态、物理和机械性能、微观结构、表面条件和裂纹前端的性质等。

氢脆类型
1氢脆类型
① 环境氢脆：金属或合金可能在气态氢的环境中发生塑性变形，导致表面裂纹增加、延展性损失和断裂应力下降；
② 内部氢脆：由氢吸收引起的内部氢脆，导致某些金属过早失效，内部开始出现裂缝；
③ 反应氢脆：由吸收的氢与一种或多种金属成分的化学反应引起的反应氢脆，例如与钢中的碳形成脆性金属氢化物或甲烷。高温有利于这以现象发生。
2氢脆导致力学性能劣化
在临氢环境中，许多金属和合金的力学性能由相当大的劣化。研究表明：
① 由氢引起的金属或合金的敏感性随着金属强度增大而增大；
② 内部和环境氢脆率在200K~300K的温度范围内最大，而反应氢脆在高于室温的温度下发生；③ 钢对氢脆的敏感性随氢气纯度的增加而增加；
④ 脆化的敏感性通常随拉应力的增大而增加；⑤ 脆化通常会由裂纹扩展导致金属疲劳。

氢脆的主要影响因素
1表明和表面薄膜的影响
亚稳态奥氏体不锈钢的氢相容性在很大程度上取决于金属表面光洁度。通过去除机械加工层，可以最小化表面开裂和延展性损失。在金属表面上天然形成的氧化物限制了氢的吸收是由于它们的渗透性低于金属而影响氢脆程度。用于降低氢吸收的合成表面膜应在其工作温度下进行。铜和金仍然在较宽的温度范围内保持延展性，通常推荐使用。
2电火花加工影响
临氢设备或零部件通常采用电火花加工孔、异性孔、深槽、窄缝合切割薄片等，可能增加氢脆。在这种方式中，氢是通过放电电离使用的介电流体（通常是植物油或某油）分解产生。
3氢捕获点的影响
氢可能被捕获在金属结构内的各种位置，包括位错处、晶粒合相界、间隙或空位群、空隙或气泡、氧或氧化物夹杂物、碳化物颗粒合其他材料缺陷。捕获在低温下最明显，不同环境温度中氢脆程度也是不同的。
       氢脆的防控一般来说，不锈钢比普通钢更耐氢脆，如果空气干燥，纯铝和许多铝合金都比不锈钢更耐用。氢系统的所有零部件必须采用与氢相容的材料。
       防止氢脆的主要措施有采用氧化物涂层、消除应力集中、使用氢添加剂、保持适当的晶粒尺寸和添加合金。此外，下列措施也可用于有效消除金属中的氢脆：
① 铝因对氢的敏感性低，可被用作结构材料；② 加工零部件的中等强度钢（用于气态氢）和不锈钢（用于液氢）应增加厚度、表面光洁度和采用适当的焊接工艺；
③ 在没有测试数据支撑的情况下，金属零部件的抗疲劳性设计需要大幅度提高（可提高到5倍）；
④ 不使用铸铁、氢化物成形金属和合金作为储氢设备的材料。