1、5.5.2 氢损伤 定义： 氢与材料交互作用引起的材料力学性能 受损的现象。现象： 金属材料的韧性和塑性性能下降，易使材料 开裂或脆断。分类：氢腐蚀、氢鼓泡、氢裂。 1、 氢的来源内氢：冶炼、铸造、电镀、酸洗、焊接、阴极充氢等工艺过程中引入的。外氢：材料使用过程中，由外界环境引入的。1） H2吸附分解成原子氢。2）腐蚀析氢在金属表面分解成原子氢。3）含氢物质与金属表面发生反应放出氢。2、氢的存在形式氢可以 H-、 H、 H+、 H2、 金属氢化物、固溶体、碳氢化合物等形式存在于金属中。 一、氢的来源、存在形式与传输3、氢的传输氢在金属中是以点阵扩散、应力诱导扩散及氢的位错迁移等方式进行传输的。
2、 点阵扩散：金属表面富集氢后与金属内部构成一定的浓度梯度，则氢会向金属内部扩散。氢原子处在金属点阵的间隙位置，从一个间隙位置跳到另一个间隙位置的过程就是氢的扩散。 (陷阱 ) 应力诱导扩散：氢在应力梯度作用下通过应力诱导扩散，将向高应力区聚集（ Corsky效应）。高应力区氢浓度均超过整体的氢浓度。 位错迁移：位错可捕获氢，因此影响氢的点阵扩散，当位错进行运动时，氢气团跟着位错一起运动。1、 氢腐蚀机理（高温氢腐蚀）（ Hydrogen Corrosion）氢腐蚀是指在高温 200 以上，高压条件下，氢进入金属，产生合金组分与氢化学反应生成氢化物等物质，导致合金强度下降以至沿晶界开裂的现象，简
3、称 HC。机理： C+2H2 CH 4 Fe3C+2H2 3Fe+CH 4或 4H + Fe3C 3Fe+CH 4 反应生成的高压气体，在高压、高温、含氢条件下氢分子扩散到钢中，并生成甲烷，甲烷在钢中的扩散能力很低，这样甲烷量不断增多，形成局部高压，造成应力集中使该处发展为裂纹。（脱碳）二、氢损伤类型及其机理氢腐蚀过程孕育期：晶界碳化物及其附近有大量充满甲烷的鼓泡形核。力学性能和显微组织均无变化迅速腐蚀期：小鼓泡长大并沿晶界形成裂纹。钢的体积膨胀，力学性能大大下降饱和期：裂纹互相连接，内部脱碳直到碳耗尽。体积不再膨胀。氢腐蚀的影响因素 温度 氢分压 冷加工变形：加速腐蚀（应变易集中在铁素体和碳
4、化物界面上，在晶界形成高密度微孔，增加了组织和应力的不均匀性，增加气泡形核位置，并有利于裂纹的扩展。） 碳化物的球化处理：使界面能降低而有利于孕育期的延长。 稳定化元素2、氢鼓泡（ Hydrogen Blistering）氢鼓泡是指过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂、气孔、微缝隙处）析出后，形成氢分子，在局部区域造成高氢压（106MPa），引起表面鼓泡或形成内部裂纹，使钢材撕裂开来的现象，称氢诱发开裂（ HIC） 或氢鼓泡（ HB）。3、氢化物脆裂 （ Hydrogen Embrittlement）氢化物脆裂脆（ HE） 是指由于氢扩散到金属中以固溶态（氢以 H-、 H、 H+的形态，固溶于金属中）存在，或生成氢化物而导致材料断裂的现象。三、应力诱导氢脆 在加负荷之前并不存在断裂源，而是在应力作用下由于氢与应力的交互作用逐步形成断裂源。 含氢金属在缓慢的变形中逐渐形成裂纹源，裂纹扩展以致脆裂。 材料中的氢在应力梯度作用下向高的三向拉应力处富集，当偏聚氢浓度达到临界值时，就会在应力的联合作用下导致开裂。氢脆的特征l一般发生在 -100150 的温度范围内，室温附近 (-30一 30 )最敏感。l形变速度越大，出现现氢脆的温度范围越窄，其塑性降低愈越小。应变速率愈低，氢脆愈敏感。
