氫脆 | 化學工廠資訊網
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氫脆(英語:hydrogen embrittlement)是指金屬材料在冶煉、加工、熱處理、酸洗和電鍍等過程中,或在含氫介質中長期使用時,材料由於吸氫或氫滲而造成機械性能嚴重退化,發生脆斷的現象.
人們不僅在普通的鋼材中發現氫脆現象,在不鏽鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金和鋯合金中也都有此現象.
從機械性能上看,氫脆有以下表現:氫對金屬材料的降伏強度和極限強度影響不大,但使延伸率是斷面收縮率嚴重下降,疲勞壽命明顯縮短,衝擊韌性值顯著降低。在低於斷裂強度拉伸應力的持續作用下,材料經過一段時期後會突然脆斷。
氫脆的機理[編輯]氫脆的機理學術界還有爭議,但大多數學者認為以下幾種效應是氫脆發生的主要原因:
在金屬凝固的過程中,溶入其中的氫沒能及時釋放出來,向金屬中缺陷附近擴散,到室溫時原子氫在缺陷處結合成分子氫並不斷聚集,從而產生巨大的內壓力,使金屬發生裂紋. 在石油工業的加氫裂解爐里,工作溫度為300-500度,氫氣壓力高達幾十個到上百個大氣壓力,這時氫可滲入鋼中與碳發生化學反應生成甲烷. 甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場所成核,長大,並產生高壓導致鋼材損傷. 在應力作用下,固溶在金屬中的氫也可能引起氫脆.金屬中的原子是按一定的規則周期性地排列起來的,稱為晶格.氫原子一般處於金屬原子之間的空隙中,晶格中發生原子錯排的局部地方稱為差排,氫原子易於聚集在差排附近.金屬材料所外力作用時,材料內部的應力分布是不均勻的,在材料外形迅速過渡區域或在材料內部缺陷和微裂紋處會發生應力集中.在應力梯度作用下氫原子在晶格內擴散或跟隨位錯運動向應力集中區域.由於氫和金屬原子之間的交互作用使金屬原子間的結合力變弱,這樣在高氫區會萌生出裂紋並擴展,導致了脆斷. 另外,由於氫在應力集中區富集促進了該區域塑性變形,從而產生裂紋並擴展. 還有,在晶體...
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