hydrogenembrittlement

定義：鋼件熱處理時，溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過鋼的強度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋，導(dǎo)致韌度降低和延時斷裂強度降低的現(xiàn)象。

學(xué)科：機械工程_機械制造工藝與設(shè)備_熱處理_熱處理缺陷

相關(guān)名詞：延遲氫脆 氫脆敏感性 氫脆斷裂

圖片來源：視覺中國

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氫脆是金屬中的氫所導(dǎo)致的材料韌性降低并產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。金屬中的氫從哪里來？它如何能夠?qū)е虏牧蠑嗔?？防護的對策又是什么？這些都是我們關(guān)注的問題。

根據(jù)氫的來源不同，可將氫脆分為內(nèi)部氫脆和環(huán)境氫脆。前者的氫來自金屬材料加工過程中所吸收的氫，例如金屬的酸洗，酸與金屬發(fā)生析氫反應(yīng)，產(chǎn)生的氫原子就擴散到材料內(nèi)部；后者的氫來自周圍環(huán)境中所吸收的氫，例如儲氫罐，金屬構(gòu)件本身就處于富含氫氣的環(huán)境中。

那么這些小小的氫原子又是如何導(dǎo)致材料斷裂的呢？鋼在冷卻過程中，氫的溶解度不斷減小，來不及析出的氫原子在其內(nèi)部擴散游移，它們發(fā)現(xiàn)了孔隙、微裂紋等材料內(nèi)部缺陷（這是必然存在且不可避免的），就在此聚集形成氫氣分子，同時導(dǎo)致周圍氫原子濃度減小。在濃度差的作用下，遠(yuǎn)處的氫原子也向此靠攏，聚合成更多的氫氣分子，形成了一個正反饋。隨著氫氣越來越多，氫氣團的體積與壓力也不斷增大，足以把材料局部撕裂而產(chǎn)生微裂紋，宏觀表現(xiàn)便是鋼中的白點（如果靠近材料表面，就會形成鼓泡）。此時鋼材的斷裂韌性就大大減小，即使其服役環(huán)境中的應(yīng)力水平遠(yuǎn)小于其斷裂強度，也很容易發(fā)生斷裂。這就是早期的“氫壓理論”。

了解了這些之后，我們就可以有針對性地提出防護對策了。首要的是減少材料中的氫原子濃度，這就需要“開流節(jié)源”，如將鋼水緩慢冷卻以使氫原子能夠充分析出，或施加表面涂層以阻隔氫原子向材料內(nèi)部擴散。隨著氫脆機理以及金屬材料加工工藝研究的深入，科學(xué)家們進一步提出可以從力學(xué)因素（即減小材料的殘余拉應(yīng)力）和材料因素（即優(yōu)化冷熱加工工藝、細(xì)化晶粒）等方面來減小氫脆產(chǎn)生的影響。