结构钢的氢脆断裂分析

一、引言 在航空结构零件中,广泛采用电镀作为表面防护措施。经电化学处理的零件往往渗氢,于是引起了氢脆。氢脆是氢和应力共同作用引起的延迟脆性破坏。对于钢的氧脆现象早在四十年代已有相当的认识,并作过大量的研究,积累了不少实验数据。但是随着航空工业的发展,飞机的速度和高度大大增加,材料的强度日益提高,于是对氢脆问题的研究又重新活跃起来。 用电子显微镜对氢脆断口进行研究的历史比较短,对断裂的微观机理研究还不充分,从     

SWRCH22A钢自攻螺钉断裂原因分析

SWRCH22A钢自攻螺钉在装配一天后发生断裂,通过宏观检验、化学成分分析、金相检验、断口分析及氢含量测试等方法,对其断裂原因进行了分析。结果表明:螺钉的断裂性质为氢致延迟脆性断裂;螺钉经过热处理后的显微组织为回火马氏体和少量残余奥氏体,而马氏体为氢脆敏感组织,且螺钉经过电镀处理,使得其内部氢的质量分数高达0.000 49%,最终导致螺钉于应于集中的螺纹起始位置根部发生氢致延迟脆性断裂。     

残余奥氏体对60Si2Mn 钢氢致断裂的影响

本文研究了残余奥氏体量及其机械稳定性对60Si2Mn 钢氢致开裂敏感性的影响.采用氢脆应力强度门槛值(K_(th))和氢致脆化率(I_H)评定材料氢致开裂敏感性.残余奥氏体量(8.4—17.9%)对 K_(th)值影响不大。回火和充氢处理使残余奥氏体机械稳定性降低,并对氢脆抗力有很大影响。块状残余奥氏体应力诱发转变成马氏体,氢致开裂并形成孔洞。一方面孔洞能降低裂纹尖端应力和提高氢脆抗力,另一方面孔洞也可作为裂纹扩展途径,易于开裂。讨论了 K_(th)和 I_H 的变化。     

离子注入抑制金属氢脆

“氢脆”就是氢扩散到金属内部使金属原子结合力下降,基体脆化,或形成很脆的氢化物导致金属的脆断。氢几乎对所有金属都存在不同程度氢脆倾向,使金属部件产生突然的脆性断裂,如航空及宇航工业上使用的高强度结构钢在低应力静负荷下产生的破坏就是由于含有微量氢所引起。对Fe基合金,一般公认氢在合金中的传送是氢脆控制因素。金属中缺陷、溶质原子和沉淀对氢的捕获可以改变氢的传送率,因此这是抑制氢脆一种有希望的手段。例如人     

氢与金属的微观交互作用研究进展

许多重要的金属及其合金在冶炼、服役过程中常由于吸收氢而导致其力学性能和抗腐蚀性能的下降,这些性能下降严重威胁着金属材料在机械制造业、基础设施行业和能源行业中服役的安全。氢对金属材料的影响主要体现为氢脆和氢损伤两个方面,提高材料抗氢性能的关键及前提在于理解氢与常见材料微观缺陷的交互作用。近些年来原位透射电镜技术、定量纳米力学测试技术、原子探针技术等实验手段的快速发展极大地促进了氢脆/氢损伤微观机理的研究。简要综述了氢脆/氢损伤微观机理研究领域的研究进展,重点关注了氢对空位、位错、界面等材料微观缺陷行为的影响。     

高强度钢无氰镀镉-钛的研究

一、高强度钢的防护与 镉—钛电镀 随着航空工业的发展,高强度钢的使用日趋广泛。但是,高强度钢的防护,一个众所周知的难题就是氢脆,即材料受氢的影响,在低于其屈服强度的应力条件下,容易发生早期脆性断裂。而且,材料强度越高,受氢程度越严重,所受应力越大,氢脆危险性也越大。电镀及表面处理作业中的酸洗、腐蚀、阴极除油、电镀等     

焊缝氢致白点与疲劳脆断研究

本文叙述了使用静载和动载疲劳方法研究焊缝氢致白点的成因及其对脆断能力的影响。提出了焊缝氢致白点的形成机理。指出焊缝氢致白点的形成取决于焊缝中的扩散氢量。使用903焊条焊接903钢建造水面舰艇壳体时,在20年使用期限内不会由于焊缝的氢脆而使承受静载或动载的水面舰船受到损害。     

含氢V4Cr4Ti合金的力学性能和断裂特征

测试了不同氢含量V4Cr4Ti合金的冲击、拉伸和J积分断裂韧性等性能 ,分析了试样断口宏、微观断裂特征 ,研究了钒合金的氢脆行为和断裂机制。结果表明 ,在氢含量低于 2 15mg·kg- 1时 ,该合金的拉伸伸长率 >17% ,而冲击韧性和断裂韧性显著降低 ,表现出不同的氢脆敏感性。穿晶解理是该合金脆断的主要方式 ,但不同类型试样发生解理脆断的临界氢含量存在明显差异。     

金属的氢脆

一、概述金属的氢脆是一门古老但又在不断发展的学科。老的氢脆问题(如钢中白点)解决后又出现了新的氢脆问题。氢对所有金属材料都存在不同程度的氢脆倾向,它使部件产生突然的脆性断裂。近年来在航空及宇航工业上所使用的高强度结构钢,在低应力静负荷条件下产生的所谓滞后破坏,是由于很低含量的氢所引起的,钛合金、铝合金、甚至镍     

纳晶金属材料氢脆的微观力学模型

针对纳晶金属材料的氢脆问题,该文提出一个新的理论模型。在该模型的理论框架内,认为堆积在距裂纹尖端最近晶界上的氢原子会阻止位错从裂纹尖端的发射,从而抑制裂纹的钝化,同时促进纳晶金属材料的脆性断裂。该文在有氢和无氢两种条件下,对纳晶镍的临界应力强度因子与晶粒尺寸之间的相互关系进行了对比。结果表明:由于氢原子的脆化作用,纳晶镍的临界应力强度因子下降30％之多,这种氢致纳晶金属材料脆化的现象随其晶粒尺寸的变小而愈加显著。     

金属-氢系统的第一性原理计算研究进展

金属-氢系统的研究是材料领域中非常重要的一个研究方向,对其进行深入系统的研究对于解决氢脆问题、明确过渡金属催化氢机理、发展储氢材料及热氢处理技术都具有重要作用.为明确金属-氢相互作用的微观机理,本文综述了基于第一性原理的金属-氢系统的研究现状,阐述了氢对金属的晶体结构、电子结构、力学性质的影响及其氢在金属表面及内部的吸附、扩散行为, 指出了现有研究的局限性,并展望了未来第一性原理在金属-氢系统研究领域中的发展方向.     

真空渗碳处理38CrMoAl渗氮钢的微观组织及氢脆敏感性分析

为了满足汽车轻量化对材料性能的要求,选择齿轮用38CrMoAl渗氮钢作为测试材料,以电化学充氢方法与慢应变拉伸相结合的方式测试了真空渗碳(Vacuum Carburizing,VC)试样的氢脆敏感性,同时与淬火+低温回火态(Quenching+ Low-Tempering,QL)处理试样进行了比较.研究结果表明:QL试样中形成了均匀形态的低碳回火马氏体;VC试样渗碳层中以高碳回火马氏体为主,存在少量的残余奥氏体.VC试样在表面部位的最大硬度达到了732 HV;QL试样在450 HV附近.对QL试样进行充氢后表现出了与初始试样接近的拉伸强度,而断后伸长率显著减小,计算相对断后伸长率差异得到QL试样氢脆敏感性指数(HEI)为54.3％.对38CrMoAl渗氮钢进行渗碳处理后会引起其氢脆敏感性的快速提高.对QL试样充氢处理后试样产生了更明显的脆性断裂,表现出了与高强度马氏体钢氢致断裂相近的特性;充氢后VC试样在断裂后形成了许多韧窝状的结构,呈现韧性断裂的特性.     

多尺度实验测试评价高强钢氢脆的研究进展

氢脆是高强钢中普遍存在的现象,也是其研发过程中必须攻克的难题。为了深入理解高强钢的氢脆与其缺陷之间的关系,发展了许多测试评价方法,如宏观尺度的慢应变速率拉伸、线性增加应力、恒载荷拉伸这类力学实验以及检测氢含量的热脱附光谱法和电化学氢渗透法,根据高强钢的塑性损失、最大断裂应力、断裂时间、应力强度因子、氢的俘获能和扩散速率等参数直接进行氢脆敏感性的评价。但宏观尺度的实验无法深入地研究高强钢发生氢脆的机理,通过介观、微观尺度的实验和表征手段,如压痕法、纳米压痕法、微悬臂梁弯曲实验、原子探针技术、氢微印技术、扫描开尔文探针显微镜等,从局部测试高强钢性能变化和准确检测氢被俘获的位置,能够在解释氢脆机理和认识氢与高强钢中缺陷之间相互作用的问题上提供更加准确的依据。本文介绍、对比了上述这些实验方法并调研了多尺度实验测试评价高强钢氢脆的研究进展,总结了高强钢氢脆研究现状和主流的测试评价方法,为深入探索高强钢氢脆提供了思路。     

有序度对Ni2Cr合金氢致脆断的影响

研究了环境气氛、动态渗氢及预渗氢对不同有序度Ni2Cr合金脆化的影响.结果表明,有序度对Ni2Cr合金在室温空气及氢气中的环境氢脆没有明显影响;动态渗氢拉伸时Ni2Cr合金存在严重的氢脆敏感性,无序和高度有序合金比部分有序合金脆化严重;预渗氢时,氢原子通过晶格扩散及晶界扩散进入合金,Ni2Cr合金氢脆敏感性随有序度的增大而减小.     

钢铁材料中第二相颗粒强韧化的研究进展

第二相颗粒是钢材强韧化的重要方法,可以同时兼顾钢材的强度、韧性以及其他服役性能。随着近年来对钢材强度要求的提高,研究人员开发出了一大批新型钢铁材料,第二相颗粒强韧化在这些新型钢材中亦发挥了重要作用。但与此同时,在这些新型钢铁材料中,第二相颗粒强韧化也面临着诸多挑战与机遇:纳米尺度颗粒的表征与调控、第二相颗粒与多相微观组织的相互作用以及钢材服役性能的优化等等。通过汽车轻量化用钢、超高强度马氏体时效钢、核反应堆用钢、高模量钢等不同钢材,总结了第二相颗粒对新型钢铁材料的强度、韧性、焊接性、成形性、抗氢致延迟断裂、蠕变、抗辐射损伤等性能的影响,并结合这些新型钢铁材料独特的微观组织、制备工艺、服役环境等特点,分析了其第二相颗粒强韧化的机理以及尚待解决的问题,旨在为钢中第二相颗粒强韧化领域的进一步研究与发展提供参考。     

腐蚀磨损过程中材料的环境脆性

从腐蚀磨损的交互作用、腐蚀磨损与应力腐蚀及氢脆的异同出发，论述了磨损加速腐蚀及腐蚀加速磨损的微观机制，指出材料的环境脆性与腐蚀对磨损的加速作用程度有关．从腐蚀对磨损的加速作用、比能耗、磨痕硬度等方面分析了不锈钢 Cl^-体系、Ni-P镀层 NaOH溶液、H4340钢与Ti6A14V合金 稀硫酸溶液体系、铜合金 NH4^ (NH3)或S^2-溶液中的环境脆化行为和规律，总结出材料环境脆性的力学判据，展望了今后腐蚀磨损的研究方向．     

电解充氢方法应用于研究奥氏体不锈钢氢脆时的局限性

对阴极电解充氢和高压气相热充氢两种方法的特点进行了分析比较，指出：在研究氢对奥氏体不锈钢微观组织的影响时，有关的试验现象必须结合具体的充氢方法来分析；室温电解充氢方法用于研究奥氏体不锈钢的氢脆行为具有局限性。     

民用飞机表面处理技术

一、概述 我国的飞机制造技术,通过近几年与国外合作生产,取得较多经验,目前已有能力制造大型民用飞机。国际上宇航方面总是向高速度和大体积发展,对材料的强度重量比要求很高,尤其是受力的重要结构件都是采用高强度钢制造。50年代高强度钢强度为1034～1239MPa,而60年代高达1516～1925MPa,近几年已高达1960MPa以上,这样对减轻大型飞机和宇宙飞行器重量极为重要。 但高强度钢的韧性会随其强度的增高而下降,因此对缺口,氢脆以及应力腐蚀很敏威。尤其是氢脆性会使这类材料在其设计载荷能力以下产生破坏。也就是说材料在受氢的情况下,在低于其屈服强度的应力以下,容易发生早期脆性断裂,而且材料强度级别越高,受氢程度越严重,所受应力越大,氢脆危险性也越大。     

L245无缝钢管在4MPa氢气环境下的氢脆敏感性研究

为了考察低钢级管线钢在中压氢气环境下的氢脆敏感性，采用光滑和缺口试样慢拉伸试验方法，结合宏观和微观断口表征与分析，研究了L245钢在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性。结果表明：L245钢光滑试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和延伸率的损失率分别为5.2%、4.8%和-0.1%,而缺口试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别达到19.1%、45.6%、15.4%,即发生了氢脆。L245钢光滑试样在空气介质中的慢拉伸断裂方式为韧性断裂；开缺口后起裂源开始于缺口位置，然后以准解理断裂的方式向内部扩展，加速试样断裂过程，但整体仍然表现为韧性断裂。相比之下，当L245钢光滑试样在4 MPa氢气环境中时，会在颈缩位置产生裂纹源；开缺口后，从缺口位置向内部产生的准解理断裂区域显著增加，使得断裂过程急剧加快，而心部则发生了氢致韧断。开缺口后L245钢在4 MPa氢气中的断裂方式为准解理断裂与氢致韧断相结合。     

热处理对特种设备用高强钢激光–电弧复合焊接头氢脆断裂行为的影响研究

目的 提高800 MPa级特种设备用低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。方法 采用预充氢后慢应变速率拉伸试样的方法,定量评估焊态、焊后直接高温回火和焊后调质3种状态下800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的氢脆敏感性,结合扫描电镜下的初始微观组织和断裂特征,讨论抗氢脆性能的改善机理。结果 焊后调质处理有效消除了焊接热循环形成的马氏体组织,使接头各区域的微观组织趋于一致,接头的抗氢脆性能较焊态和直接焊后高温回火态的显著提高,断裂特征也从沿晶和穿晶的混合断裂转变为穿晶解理断裂。结论 焊后调质处理可以有效提高800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。