淺談氫在鋼中的角色——氫致開裂

  氫致開裂，英文名 Hydrogen-induced cracking （HIC）。氫致開裂通常發(fā)生在水溶液中，由于氫通過擴散進入鋼的基體中，導致鋼發(fā)生脆化和開裂。氫致開裂常常是因為在成型或精加工過程中偶然因素導致氫進入鋼的基體。它通常受三方面因素影響，材料的性能、環(huán)境因素和應力因素。

  充氫后樣品表面鼓泡

  在第二次世界大戰(zhàn)期間，英國皇家空軍一架噴火戰(zhàn)斗機由于機械故障從空中墜落，飛行員當場斃命。這個事當局非常重視，失事飛機的零件全部被收集起來，并成立了專門的調查組調查飛機失事的原因。飛機失事起因了主軸斷裂，在斷裂主軸內部發(fā)現(xiàn)了很多細小的裂紋，當時稱為發(fā)紋。

  大約在1940年前后，中國科學院金屬研究所的創(chuàng)建者李薰先生博士畢業(yè)后開始在英國謝菲爾德大學開始從事這項研究工作，解決這個問題的前提條件是如何定量測試和分析鋼中的氫含量。隨后，李薰先生發(fā)明了定氫儀，用于測定鋼中的氫含量。最終證明是氫引起了飛機主軸的斷裂。李薰先生也成為氫致開裂領域的創(chuàng)始人。

  含有鉻、鎳的高強鋼對氫很敏感，碳含量較高的鋼氫致開裂的傾向更大，低碳鋼不易發(fā)生氫致開裂，組織致密的鍛件比組織疏松的鑄件更易發(fā)生氫致開裂。氫原子滲透到鋼內部以后，會降低晶粒間的原子結合力，使鋼材的韌性下降。

  氫致開裂的斷口與其它脆性斷口很相似，高強材料容易出現(xiàn)沿晶斷口。對于低碳鋼，在沿晶的小刻面上容易出現(xiàn)細小的，發(fā)育不完整的韌窩，有人稱為“雞爪紋”。

  氫脆斷口

  氫致開裂具的滯后性，對于焊接構件，氫致開裂的發(fā)生具有突然性，會對人身和財產(chǎn)構成嚴重威脅，需要引起高度重視。

  爆炸事故

  如何消除金屬中的氫是大家最關心的問題。某些鋼材或用于特殊條件下的零件，必須進行除氫處理，例如飛機上使用的鍍鋅件都要經(jīng)過除氫處理。彈性零件和高強度鋼上鍍鋅也需要進行除氫。除氫采用加熱處理法將氫從零件內部趕出去。除氫效果與除氫溫度、保溫時間有關。溫度高，時間長除氫越徹底。

  通常，可以將欲除氫的構件放置在真空烘箱內，在200～250℃溫度下處理2～3h。熱油中除氫能獲得與在烘箱中除氫具有同樣的效果，受熱均勻，對設備要求也更為簡單。

侵權刪