INVESTIGATION OF HYDROGEN DISTRIBUTION IN METALS BY TRITIUM AUTORADIOGRAPHY

氚自射线照相法是观察低含量氢微观分布的有效手段之一。本工作利用氚示踪法研究:1.在不同纯度Fe中氢的分布规律;2.在局部应力状态下氢的扩散行为;3.在液相烧结钨合金中氢的分布;4.氢在堆焊接头不同区域的分布特征。实验结果表明,氢的分布特性与相结构、应力状态和碳陷阱有关。     

异种钢熔合区及其氢分布的研究

本文探讨了γ+α异种钢焊接接头的区域划分,熔合区的形成及化学不均匀性,并用氚示踪的自射线照相方法直接观察了异种钢接头的氢分布。结果表明,W.F.Savage 关于焊接接头区域划分的新方案也基本适合于异种钢接头;熔合区的形成经历了局部熔化、完全熔化、元素扩散和凝固结晶四个阶段;用该模型计算镍、铬等置换元素在熔合区的理论分布与实测结果比较一致.碳、氢等间隙元素的扩散分布受到活度和陷阱的强烈影响,碳富集在焊缝熔合区,氢(氚)强烈偏聚在实际熔合线,母材熔合区则同时发生贫碳和贫氢现象。氚显示的实际熔合线是宽约2～3μm 的厚边界层。     

充氚不锈钢焊缝微观组织

用电子显微镜研究了不锈钢电子束、激光束焊缝试样在高温气相充氢氚后断裂的微观行为及显微组织,并用材料试验机测试了其断裂强度.结果表明;不锈钢焊缝试样充氢氚后断裂强度值略有下降,断口组织中出现了明显的氢脆断裂特征:氢脆撕裂岭、准解理断裂形态、沿晶断裂形态和氢致二次裂纹.TEM研究表明,气态氚有与晶界初生析出物交互作用形成氚蚀裂纹趋势;裂纹萌生在形变带和晶界处.     

贮氚老化对钯氢化物氢氘交换影响的色谱理论模拟

利用色谱分离的速率理论分析了贮氚老化影响钯氢化物中恒流速氢氘交换性能的原因,并利用塔板理论模拟了氢氘交换流出曲线,同时,实验对比了未贮氚老化与贮氚老化1.6年钯的氢氘交换流出曲线。理论模拟结果表明:贮氚老化后,钯氢化物氢氘交换反应的塔板数n减少,塔板高度H增加,交换反应的平衡时间增长,氢氘交换流出曲线趋于平缓,氢氘交换性能下降。而塔板高度的增加,是由于衰变3He滞留在钯材料中,导致氢同位素在老化钯中的扩散受阻,同时使得钯的氢同位素分离因子改变。实验对比结果表明:恒流速状态下,贮氚老化1.6年钯的氢氘交换流出曲线较之未贮氚老化钯变得平缓,氢氘交换性能下降。理论模拟与实验结果符合较好。     

7050铝合金氢致附加应力与氢脆

采用流变应力差值法,研究不同时效状态7050铝合金在不同充氢电流密度下的氢致附加应力(σad)以及合金的氢脆特性。结果表明:在同一时效状态下,氢致附加应力随氢浓度的增加而线性升高;同时,合金氢脆敏感性(IHE)也随着氢浓度的升高而升高,表明合金氢脆敏感性与氢致附加应力有很强的相关性。在同一充氢电流密度下,时效状态对氢致附加应力和氢脆敏感性影响很大,其中欠时效合金的σad和IHE最高,过时效合金的最低,峰时效合金的居中。     

冷拔残余应力应变对钢丝氢扩散过程的影响

利用有限元法对高强度珠光体钢丝冷拔残余应力应变进行有限元分析,在此基础上利用有限差分法计算应力应变同时诱导下的氢扩散浓度分布规律,并比较其与只考虑残余应力诱导氢扩散模型所得氢浓度分布规律的不同.结果表明,由于冷拔加工过程中钢丝表面和内部变形速率的差异,冷拔后在钢丝表面产生较大的残余拉应力和大量的塑性应变.残余应力应变的...     

焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

焊接接头和U型试样中的氢分布

采用自行研制的激光测氢装置,测量了焊接接头和U型试样中的氢分布,并且推导了U型试样弯曲部份(塑性变形区)的应变、残余应力计算公式。 结果表明:在焊接接头中,1.沿熔深方向上,氢分布是不均匀的。最高氢含量在熔合线附近;2.氢的具体分布情况,取决于焊缝金属和母材的原始氢含量以及金相组织。在U型试样中,1.计算应变的公式(εθ)=2tθ/πro和残余应力公式可以用来计算U型试样弯曲部份外表面的应变量和残余应力值。冷轧态的1 Cr18Ni9 Ti钢的F=990MPa、n=0.146;2.氢分布明显受应变的影响,应变值愈大,氢含量愈高。     

应力作用下系泊链钢中氢的扩散行为

采用电化学充氢方法与恒应力拉伸装置相结合,研究了不同应力水平下系泊链钢中氢的扩散行为.结果表明:无应力条件下对试样进行充氢时,阳极电流密度到达最大值后保持稳定;在应力作用下试样发生变形,阳极电流密度呈不同的变化趋势.与无应力条件相比,在弹性应力作用下,阳极电流密度略微增大,氢的表观扩散系数略微降低,穿透时间略微延长;在...     

应力状态和渗氢条件在非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂中的作用

通过慢应变速率拉伸、断口观察和断裂力学分析等方法研究了非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂过程和断口形态的关系.试样的应力状态,氢的渗入量及其在试样中的分布,以及非晶态合金塑性变形局部化的程度等因素对断裂过程都有影响.当渗氢量较低时,断裂方式主要由试样的应力状态所决定,发生近表面区的平面应力断裂和内部的平面应变断裂.当渗氢量较高,且氢由表面向内部分布的浓度梯度较陡时,发生表面区的"解理"型断裂和核心区的延性断裂.在渗氢量适中,氢浓度梯度平缓的条件下,出现由表面向内部塑性变形程度逐渐增大的"河流"形态.根据     

氢渗透引起金属膜的塑性形变

将板壳力学、弹塑性力学、热应力理论与金属-氢相互作用理论相结合,讨论了氢进入金属柱形薄膜后晶格膨胀产生的弹性应力、塑性应力和残余应力及这些应力对氢分布和输运、材料性质的影响.结果表明,塑性区中氢的扩散变慢,残余应力改变了样品局域的吸氢热力学性质;在充氢过程中,只有小的充氢流才可能避免材料的塑性损伤.该结果可为氢的提纯、同位素分离以及氢的贮存与输运等应用提供参考.     

激光过滤式测氢仪用于钢中氢分布的研究

本文作者应用自行研制的激光过滤式测氢仪,测量了钢中的氢分布。 结果表明:ⅰ)钢中的本底氢为常数。相对氢指数D_H可以表征微区氢浓集程度:ⅱ)钢中氢分布随渗氢时间和表面距离而改变:ⅲ)焊接接头中氢分布状态,受基体组织和应力的影响。 本仪器激光轰击点直径为20μm。上述结果表明该方法可以较为满意地用来测量钢中微区的含氢量.     

充氚对不锈钢显微组织及拉伸性能的影响

对HR-1，HR-2，1Cr18Ni9Ti不锈钢在未充气氚、充氚、充氚并除氚3种状态下拉伸后的组织进行了透射电镜观察分析。结合力学拉伸性能数据，讨论了氚、氦泡在晶界处呈现多种组态；氚的最初分布决定了氦的分布，擢通过对氚的捕集强化了氚和氦的聚积；这4种不锈钢充氚后，塑性比未充氚的下降，除氚留氦不锈钢中氦浓度不足以对其塑性产生显著影响，其塑性与未充氚不锈钢的相差不大。     

球化高碳钢薄板在多向应力状态下的氢脆

在从单向拉伸到双向等应力拉伸的应力状态范围内进行了球化高碳钢薄板氢脆的研究。测定断口处局部，断裂就变表明，在双向等应力拉伸中氢所引起的塑性损失最大。金相和断口检测结果表明，充氢和未充氢材料的断裂都是空洞形核，空洞长大，和空洞连通的结果。氢加速这三个塑性断裂过程，特别是双向等应力拉伸应力状态下，氢的影响更为显著。     

阴极极化对7050铝合金应力腐蚀行为的影响

采用阴极极化、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和定氢仪研究阴极极化对7050铝合金应力腐蚀行为的影响。结果表明:当阴极极化电位高于-1100 mV时,7050铝合金的应力腐蚀敏感性(Iscc)随着极化电位的负移而升高;而当阴极极化电位低于-1100 mV时,Iscc则随着极化电位的负移而下降。外加极化电位对不同时效状态7050铝合金Iscc的影响程度不同,即阴极极化对欠时效状态下铝合金的Iscc影响显著,对过时效状态铝合金Iscc的影响最小,对峰时效状态下铝合金Iscc的影响居中。铝合金的应力腐蚀机理为阳极溶解和氢脆共同作用,且氢对铝合金应力腐蚀的作用随着氢浓度的增加而增加。     

应力应变条件对氢致开裂的影响

综述了本研究组近年就应力状态及动态加载过程对氢致开裂的影响所作的一些研究。包括（１）Ⅰ型、（Ⅰ＋Ⅱ）及（Ⅰ＋Ⅲ）复合型加载条件下的氢致开裂研究；（２）复合型加载条件下裂纹顶端附近氢浓度的再分布；（３）不同加载条件下氢致裂纹形成位置及其与氢致开裂抗力的关系。     

湿H2S环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟

利用电化学渗透法测定了氢在16MnR低合金钢焊接接头处的焊缝金属、热影响区金属以及母材中的扩散系数.利用有限元软件ABAQUS,对16MnR钢焊接接头氢扩散进行数值模拟,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响,得到焊接接头扩散氢的浓度随时间的分布.结果表明,在焊缝和热影响区,氢的扩散系数和焊接残余应力较大,使氢在焊缝和热影响区聚集,降低材料的力学性能,使得焊接接头部位成为最薄弱环节,在湿H2S环境下很容易发生与氢有关的损伤和破坏.     

应力应变条件对氢致开裂的影响

综述了本研究近年就应力状态及动态加载过程对氢致开裂的影响所作的一些研究，包括（１）１型，（Ｉ＋Ⅱ）及（Ⅰ＋Ⅲ）复合型加载条件下的氢致开裂研究；（２）复合型加载条件下裂纹顶端附近氢浓度的再分布，（３）不同加载条件下氢致裂纹形成位置及其与氢致开裂抗力的关系。     

重要承载钢结构氢致裂纹影响因素分析

Q390低合金高强钢焊接时存在一定的冷裂倾向.对于具有较大拘束应力状态的Q390钢结构,需研究其熔敷金属氢致裂纹的影响因素,而氢致裂纹是由焊接过程中产生的扩散氢引起,故采用甘油法相对比较和分析了不同焊丝类型、不同环境湿度对Q390钢熔敷金属扩散氢含量的影响.结果表明,相同湿度下,实心焊丝熔敷金属扩散氢含量均明显小于药芯...     

氦-3含量对铀吸、放氚特性的影响

采用定容吸/放氢的方法研究了老化时间4.7年的储氚铀床的吸放氚特性,探讨不同氦-3释放量对铀床吸氚速率的影响规律,利用物理气相传输法(PVT)方法测得铀床在不同温度下(653、673、683及693 K)的解吸氚压力-时间曲线(P-t曲线),铀床在室温不同氦-3含量下的吸氚曲线,并分析铀床室温吸氚速率。结果表明,氚化铀经过长时间储氚后,解吸氚后会有大量的氦-3释放,解吸过程为吸热过程,氦-3含量对铀床的可逆吸附容量影响较小,长时间的老化不影响铀床贮氚性能,当氦-3含量小于5%时,老化铀床的吸氚速率会大幅增加。