氢脆问题培训
材料氢脆问题防控专题培训班课程大纲
材料氢脆问题防控专题培训班课程大纲
（一）概论
1．机械零构件的主要失效模式
2．环境断裂历史的简要回顾
3．定义与分类
（二）应力腐蚀开裂(断裂)
1．SCC发生的条件与特征
2．应力腐蚀开裂机理简介
3．预防SCC的途径
4．SCC失效分析案例4.3
（三）氢致开裂
1．引言
2．氢致开裂条件
3．氢致开裂机理简介
4．氢致开裂的特征
5．预防氢致开裂的途径
6．HIC失效分析案例
案例1 飞机起落架上的螺栓断裂失效分析
案例2 55CrSi(SUP12)钢线材在成品盘条
内的断裂失效分析
案例3 圆柱螺旋拉簧镀锌工艺过程中的
断裂失效分析
（四）氢脆概要
1．几个概念
2．钢的强度级别与氢脆敏感性(表1-1)
3．一种钢不同强度水平对氢脆的敏感性(图1-2) 4．氢脆的门槛应力与门槛氢含量的关系(图1-3) 5．减少氢脆危险6．持续载荷试验法（延迟破坏试验）7．可扩散氢测定法
（五）氢脆试验方法
1．持续载荷试验法（延迟破坏试验）2．可扩散氢测定法等
（六）高强度钢低氢脆防护工艺
1.国外高强度钢防护概况
2.国内高强度钢防护现状
3.国外松孔镀镉、氰化镀Cd-Ti
4.国内无氰镀Cd-Ti
5.松孔镀镉与镀Cd-Ti比较
6.其他低脆性防护工艺及其标准
7.关于镀前消除应力与镀后除氢
8.关于镀前清理
9.低氢脆刷镀镉工艺。
氢脆机理及其防止办法
氢脆机理及其防止办法氢脆是氢原子和位错交互作用的结果。
氢脆的位错理论能成功地解释以下几个重要实验结果：(1)氢脆对温度和形变速率的依赖关系。
氢脆只发生在一定的温度范围和慢的形变速率情况下。
当温度太低时，氢原子的扩散速率太慢，能与位错结合形成气团的机会甚少; 反之，当温度太高时，氢原子扩散速率太快，热激活作用很强，氢原子很难固定在位错下方，位错能自由运动，因此，也不易产生氢脆。
对钢来说，对氢脆最敏感的温度就在室温附近。
同样，可以理解形变速率的影响。
当形变速率太高时，位错运动太快，氢原子的扩散跟不上位错的运动，因而显示不出脆性。
(2)氢脆的裂纹扩展特性。
高强度钢产生的氢脆，其裂纹扩展是跳跃式前进的。
先是在裂纹尖端不远的地方出现一个细小的裂纹，之后这个裂纹在某个时刻突然和原有裂纹连接起来。
新裂纹形核地点一般是在裂纹前沿的塑性区与弹性区的交界上。
氢要扩散到这里并达到一临界浓度时才能形成裂纹，所需的时间就是裂纹的孕育期。
(3)氢脆氢纹扩展第二阶段的特性。
在dt∕da-K的关系中，氢脆裂纹扩展出现一水平台，是谓裂纹扩展第二阶段，这一阶段裂纹扩展速率恒定，与应力强度因子无关，而与温度有关，说明dt/da在这一阶段主要决定于化学因素，是一典型的热激活过程。
氢原子扩散到裂纹尖端并保持某一浓度是裂纹扩展的决定性因素。
金属材料在氢中裂纹扩展速率主要决定于氢原子在基体中的扩散速率。
对于主要是内部氢脆产生的，要多从严格执行工艺规定着手。
对于环境氢脆，首要的一条是尽量不用高强度材料，村料强度越高，对氢脆越敏感。
减少氢脆的办法大致有以下几个方面：应力腐蚀和氢脆的相互比较应力腐蚀氧脆L 裂纹从表而开始；2.裂纹分叉.仃较多的二次裂纹：3.裂纹源区行较多的腐蚀产物依篙柠：4.裂纹源可能仃个或多个•不•定在应力集中处萌生裂纹源：5. 般为沿晶断裂，也仃穿晶解理断裂：6.必定要行拉伸应力（或残余拉应力）作Ifl:7.只有合金中发牛，纯金帆不发牛应力增蚀：8. 神合金只对少数特定化学介质敏煜.浓度可以很低：9.无应力时∙合金对腐蚀环境可能是情性的：10.与材料的轧制方响无关:11.阴极保护能明显诚援应力腐蚀H裂1.裂纹从内部开始：2.裂纹几乎不分叉，仃.次裂纹：3.腐蚀产物较少：4.裂纹源可能是•个或多个.多在；.向应力区萌生裂纹源：5.多数为沿M断裂,也可能出现穿岛解理或准W理断裂：6.内部辄脆不定要仃拉应力作用：7.合金和纯金帆均可能发生：8.只要在含氧的环境或在能产生乳的情况（如酸洗、电彼）下都能发生：9.必须含仃翅,强度越高.所需的含履状越低：10.对轧制方向敏感:H.阴极保护反而促进高强钢的气脆倾向.。
氢脆的原理与预防
去氢处理，也称除氢处理，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。
氢脆的原理与预防在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%～50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。
2 氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。
镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。
经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。
金属材料氢脆研究及防护措施
金属材料氢脆研究及防护措施氢脆是指金属在使用过程中与氢气发生反应，导致其脆性增加，易于发生裂纹和断裂。
这是金属材料出现的一个严重问题，对于工业生产和使用中的金属材料有很大的不利影响。
氢脆的原因是金属与氢气发生反应，导致氢分子渗透到金属内部，并与金属原子结合成为氢化物，在细小的缺陷处形成高应力区，导致金属发生塑性变形，产生微裂纹，最终导致金属材料的断裂。
为了解决氢脆问题，工业生产中采取了多种措施。
其中最常用的方法是在生产中控制氢气的来源和含量，尽可能降低金属与氢气发生反应的可能性。
此外，在金属材料的加工和使用过程中，需要特别注意减少金属表面裂纹和缺陷的产生，避免强化材料上的应力和变形。
通过这些措施可以有效地预防金属材料的氢脆现象。
除了采取预防措施，科学家们还在积极研究氢脆的成因和防护方法。
他们发现，氢分子与金属原子发生反应时，需要一定的能量才能形成氢化物。
因此，如果能够控制金属表面的能量状态，就有可能避免氢分子与金属原子发生反应，从而防止氢脆现象的产生。
为了实现这一点，研究人员提出了各种抗氢脆防护措施。
其中最常用的方法就是采用钼、铬等金属元素将金属材料的表面覆盖，从而防止氢分子与金属原子直接接触。
另外，还可以采用涂层、膜、纳米材料等方法来包裹金属，形成保护层，隔绝金属与氢分子的接触，从而减少氢脆的发生。
此外，科学家们还在研究新型抗氢脆材料和涂层，以及新的氢脆防护体系。
他们采用分子层析、光学、表面分析等各种技术手段，探索金属和氢气之间的反应机制，开发高效的抗氢脆材料。
同时，他们也在研究氢脆防护系统的优化和改进，以提高其防护性能和可靠性。
总之，氢脆是金属材料在使用过程中面临的一个重要问题。
为了解决这个问题，工业生产研究中采取了多种预防措施，同时科学家们也在积极研究新的抗氢脆材料和防护系统。
这将有助于提高工业生产效率和质量，推动金属材料产业进一步的发展。
H2S培训
2015/8/31
2015/8/31
重庆开县井喷、H2S中毒事故损失 死亡人员243人，2142人中毒； 遇难家庭190户，9万人疏散转移， 10175人入院观察治疗； 赔偿金额3300万元，经济损失达4亿 元。
2015/8/31
职业性安全暴露极限
• １、15mg/m3（10PPM）限时加权平均值是日工作8小时的暴露 安全极限
按正常8小时工作日或40小时工作周的时间加权平均浓度规定的阈限值。
• ２、22mg/m3（15PPM）为短期暴露限制
指每次接触时间不得超过15分钟的时间加权平均接触限值。 每天接触不超过4次，且前后两次接触至少要间隔60分钟。同时当日的时间加权 平均阈限值亦不得超过。 短期暴露限制被认为可以防止急慢H2S中毒。
2015/8/31
硫化氢的物理化学性质
3 、密度：硫化氢是一种比空气重的气体，其相
对密度为1.189。
硫化氢多存在于地势低的地方，如地坑、地下室、园井里 。应采取的自我保护措施是尽可能在上风方向、地势较高 的地方工作。
4 、爆炸极限：硫化氢气体以适当的体积分数（ 4.3%~46%）与空气或氧气混合时，就会爆炸。
•化学方程式：
2H2S+3O2=2H2O+2SO2（O2充足） 2015/8/31 2H2S+O2=2H2O+2S（O2不充足）
硫化氢的物理化学性质
6、可溶性： H2S易溶于水、乙醇及甘油中，1体积水能溶 解2.6体积的H2S ，生成的溶液被称为氢硫酸，浓度是0.1mol/L。 H2S的溶解度与温度、气压有关， H2S的溶液极不稳定，只要条件 适当，轻轻振动就可使H2S挥发到大气中。 H2S在水中电离：H2S-H++HSHS--H++S2-
氢脆的机理、检测与防护
氢脆的机理、检测与防护The mechanism of hydrogen embrittlement, detection andprotection材科0803 刘笑语摘要：本文介绍了氢脆的基本概念，氢脆现象的机理以及避免和消除氢脆的措施和其中应该注意的问题。
同时本文还介绍了氢脆和应力腐蚀的区别。
关键词：氢脆 机理 检测 防护措施1.前言氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。
氢脆只可防，不可治。
氢脆一经产生，就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
2.氢脆的类型及特征2.1 氢在金属中的存在形式氢脆断裂（氢脆）：由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。
1、氢的来源可分为内含的和外来的两种。
前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程（如焊接、酸洗、电镀等）中吸收的氢；后者是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
2、氢在金属中的存在形式①以间隙原子状态固溶在金属中，对大多数工业合金，氢的溶解度随温度的降低而降低。
②氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷（如空洞、气泡、裂纹）处，以氢分子状态存在。
③还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成氢化物。
④与金属中的第二相作用生成气体产物，如钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷等。
2.2 氢脆类型及其特征1、氢蚀是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
如碳钢在300～500℃的高压氢气氛中工作时，由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气泡，当气泡在晶界上达到一定密度后，金属的塑性将大幅降低。
这种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相接触的部位。
氢脆失效危害巨大，它是如何发生的，生产过程中如何预防？
氢脆失效危害巨大，它是如何发生的，生产过程中如何预防？一、氢脆的概念及机理氢脆是工程失效分析中经常提到的一个术语。
顾名思义，它是由氢引起的金属材料的脆化。
其机理是氢原子沿晶界进驻晶界并向内扩散并聚集，并在应力作用下最终导致沿晶界开裂，从而导致金属材料最终产生脆性断裂。
与氢脆相关联的另一种失效模式是应力腐蚀。
氢脆机理非常复杂，氢脆断裂现象多种多样。
国内外氢脆理论有很多种，如位错钉扎理论、晶界聚集理论、氢气泡理论、脆性相理论等。
迄今为止，还没有统一的理论能够解释所有的氢脆现象。
但从理论上讲，氢不仅能使金属材料变脆，也能使金属材料变韧，即氢能致软化也能硬化。
在失效分析中，特别是在断裂分析中，裂纹并不总是以脆性的形式出现，而是也会以韧窝断裂的形式出现。
二、氢的来源及其在金属中的存在形态金属材料中氢的来源一般有两种。
一种是内氢，也就是材料内部含有的氢，其来源有：1.金属材料在冶炼、焊接或熔铸的时候导致内部残留的氢；2.金属材料在化学及电化学处理过程中，如电镀、酸洗时，进入金属内部的氢。
另一种是环境氢，即外来的氢。
零件或构件处于含氢的环境中工作，简称“临氢”。
金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入金属内部的氢。
氢在金属中的存在形态有如下几种：溶解氢：以间隙原子状态固溶于金属中的氢[H]；化合氢：形成各种氢化物；TiH、NiH、VH、ZrH、NbH等分子氢：气态H2存在于金属内部的气孔、裂缝中；氢还可以与各种合金元素溶质原子、晶体缺陷、各种化合物相发生程度不同的结合。
如与位错结合成为Cottrell气团。
三、氢脆的种类及其特征1. 氢蚀（氢+第二相→高压气体）发生氢鼓泡的温度较高，在205－595℃。
例如碳钢在300－500℃的高压氢气氛中工作，氢与钢中的碳结合生成CH4而断裂。
反应公式：H+C=H4C。
宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状；微观断口晶界明显加宽，呈沿晶断裂。
2. 白点（发裂）通常发生于大型钢锻件中。
氢储存运输及加注技术教学课件：2.2氢脆
题
➢ 开发抗脆化涂层
➢ 减少材料服役环境中存在的氢量
促进了裂纹的萌生氢脆碳钢由于氢脆现象，在低于金属屈服强度的施加载荷下，结构元件会受到裂纹和脆
性断裂的影响。
氢吸收后
通过金属块扩散并被捕获在晶界中形成气泡
气泡对金属晶粒施加内部压力
碳钢合金吸收的氢原子
随着时间的推移而增加 降低了不锈钢材料的延展性和强度
氢脆
氢脆分类
环境氢脆 内部可逆氢脆 氢反应脆化
氢脆
环境氢脆
当金属浸入氢气气氛中时，氢气可以被吸收或吸附，这会改变材料的机械性 能，而不必形成第二相。
材料所承受的应力 ➢ 决定了氢造成的影响
氢在室温下也会增加
内部可逆氢脆 显着特征之一
➢ 加工材料时，氢会进入基体，即使材料没有暴露于 氢，也会导致结构失效。
氢脆
氢脆
氢气在储存过程中还存在一个关键的问题就是氢脆。
氢脆也称为氢损伤，它是氢进入材料 内部而引起材料的塑性下降的现象。
氢原子直径为0.64埃。
氢脆
元素周期表中最小的原子
• 材料处在含氢的环境中，氢原子很容易进入材料内部，在一定的条件下产生 氢损伤。
氢脆
氢脆
氢原子直径为0.64埃。 是元素周期表中最小的原子，材料处在含 氢的环境中，氢原子很容易进入材料内 部，在一定的条件下产生氢损伤。
谢谢大家
在酸洗过程中
➢ 金属表面暴露于酸性、潮湿环境中，会发生腐蚀损坏，从而加 速氢脆发生。
氢脆
氢储运压力容器材料
不锈钢
碳钢
氢脆
不锈钢
氢通过扩散过程进入晶界，与合金中的碳与铁结合，生成甲烷气体。
生成的甲烷气体不能移动
产生了巨大的压力
金属氢脆原因及去氢脆方法
金属氢脆原因及去氢脆方法集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,以使氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%～50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。
2 氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。
镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。
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五、硫化氢现场管理要点
建议： 1 、在工艺设计中，应充分考虑硫化氢 特性，采用抗硫性强的材料。同时考虑气候 条件、地形、空间距离和火炬高度。 2 、在进行驻地和值班室选址时，应考 虑风向，将其设置在当地常年风向的上风向。 井场及驻地应设置风向标。 3 、在进行取、送样作业中，严禁将取 样桶放进驾驶室内运输，化验室人员在开启 取样桶盖及分析时，必须进行良好通风。
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三、硫化氢对设备的危害
（2）、氢致开裂：在氢气压力的作用 下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连 接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢致 开裂，裂纹有时也可扩展到金属表面。 （3）、硫化物应力腐蚀开裂：腐蚀产 生的氢原子渗入钢的内部固溶于晶格中， 使钢的脆性增加，在外加拉应力或残余应 力作用下形成的开裂，叫做硫化物应力腐 蚀开裂。通常发生在中高强度钢中或焊缝 及其热影响区等硬度较高的区域。
四、硫化氢的安全防护管理
1、防护措施：严加密闭，提供充分的局 部排风和全面排风。设置淋浴和洗眼设备。戴 化学安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴防化 学品手套，及时换洗工作服。工作后，淋浴更 衣，保持良好的卫生习惯。工作现场禁止吸烟、 进食和饮水。 2、急救措施：（1）皮肤接触，脱去污 染的衣服，用流动清水冲洗。（2）眼睛接触， 立即翻开上下眼睑，用流动清水冲洗15min。 （3）吸入者，迅速脱离现场至空气新鲜处， 保暖并休息；呼吸困难时立即输氧；呼吸停止 时立即进行人工呼吸，就医。
硫化氢安全知识
东河作业区：李世献 二零零九年三月二十六日
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培
训 内 容
氢氢脆理论分析
HIC 的类型1、 氢气压力引起的开裂溶解在材料中的H 在某些缺陷部位析出气态氢H 2（或与氢有关的其它气体），当H 2的压力大于材料的屈服强度时产生局部塑性变形，当H 2的压力大于原子间结合力时就会产生局部开裂。
某些钢材在表面酸洗后能看到象头发丝一样的裂纹，在断口上则观察到银白色椭圆形斑点，称为白点。
白点的形成是氢气压力造成的。
钢的化学成分和组织结构对白点形成有很大影响，奥氏体钢对白点不敏感；合金结构钢和合金工具钢中容易形成白点。
钢中存在内应力时会加剧白点倾向。
焊接件冷却后有时也能观察到氢致裂纹。
焊接是局部冶炼过程，潮湿的焊条及大气中的水分会促进氢进入焊接熔池，随后冷却时可能在焊肉中析出气态氢，导致微裂纹。
焊接前烘烤焊条就是为了防止氢致裂纹。
2、氢化物脆化许多金属（如Ti 、Zr 、Hf 、V 、Nb 、Ta 、稀土等）能够形成稳定的氢化物。
氢化物属于一种脆性相，金属中析出较多的氢化物会导致韧性降低，引起脆化。
3、氢致滞后断裂材料受到载荷作用时，原子氢H 向拉应力高的部位扩散形成H 富集区。
当H 的富集达到临界值时就引起氢致裂纹形核和扩展，导致断裂。
由于H 的扩散需要一定的时间，加载 后要经过一定的时间才断裂，所以称为氢致滞后断裂。
氢致滞后断裂的外应力低于正常的抗拉强度，裂纹试件中外加应力场强度因子也小于断裂韧度。
氢致滞后断裂是可逆的，除去材料中的氢就不会发生滞后断裂。
即使在均匀的单向外加应力下，材料中的夹杂和第二相等结构不均匀处也会产生应力集中，导致氢的富集。
设应力集中系数为α，则σh =ασ，应力集中处的氢浓度为：式中，C H －合金中的平均氢浓度；V H －氢在该合金中的偏摩尔体积（恒温、恒压下加入 1 摩尔氢所引起的金属体积的变化）。
若氢的浓度达到临界值C th 时断裂，对应的外应力即为氢致滞后断裂的门槛应力σth ，即：•若σ裂；• 若σ＞σth ，经过时间 t f 后，发生断裂，且应力越大，滞后断裂时间越短。
氢脆检验方法
氢脆检验方法
氢脆是钢材在制造和加工过程中出现的一种现象，即在材料内部形成氢气脆化的现象，导致材料的脆性增加。
为了检测材料是否存在氢脆问题，常用的氢脆检验方法有以下几种：
1.拉伸试验：将待检测的材料样品进行拉伸断裂试验，观察断
裂表面是否存在明显的氢脆现象。
2.氢脆敏感性试验：将待检测材料样品置于高浓度的氢气环境中，通过观察材料的裂纹扩展速率、断裂延性等参数来判断材料的氢脆敏感性。
3.氢脆腐蚀试验：将待检测材料样品暴露在含有氯化氢等腐蚀
性介质中，通过观察材料的腐蚀情况和裂纹产生情况来判断材料的氢脆程度。
4.金相显微镜观察：将待检测的材料样品进行金相显微镜观察，通过观察组织结构、晶粒大小和形态等参数来判断材料是否存在氢脆问题。
以上是一些常用的氢脆检验方法，具体的选择和操作参数需要根据实际情况来确定。
为了准确判断材料的氢脆程度，通常需要综合运用多种方法进行检验。
2014培训试卷1
2014钣金考试试题一、判断题1、车身涂装涂料到1924年出现了硝化纤维漆，俗称“拉卡”。
（）2、由于纯铝板抗拉强度较低，所以不宜制作承受大载荷的构件。
（）3、塑料是以合成树脂为基体，并加入某些添加剂制成的高分子化合物。
（）4、氢气对钢铁的腐蚀作用成为“氢脆”。
（）5、烷烃的化学键都是饱和键，因此不能发生化学反应。
（）6、起缩聚反应的分子至少含有2个官能团。
（）7、氧化反应发生的必要条件之一是必须有氧气存在。
（）8、羧酸因为含有羧基，可以与水混溶。
（）9、汽车修补用中涂底漆的填充性和打磨性是由体质颜料提供的。
（）10、钛白化学名称为二氧化钛，是白色颜料中最好的一种。
（）11、钴、锰催干剂都具有较大的吸氧能力。
（）12、助催干剂单独使用也有催干、调节涂膜状态的作用。
（）13、酒精可用粮食发酵或人工合成产生。
（14、200号溶剂是石油分馏产物。
（）15、流平性不好会造成涂膜软、耐候性差、耐水性差、光泽降低等。
（）16、树脂成膜物是在溶剂挥发过程中，从溶液中析出。
（）17、酞菁绿是一种色泽鲜艳，遮盖力、着色力强，耐光性、耐候性优良的颜料。
（）18、、喷枪喷涂时，每一层喷涂幅度与上一层喷涂幅度必须重叠1/2～3/4。
（）19、螺杆式空压机具有多重油槽预处理，出气含油量小于3mg/m3。
（）20、空气压缩机保养时要检查附件、油箱及供气管是否有漏油、漏气现象。
（）21、异氰酸酯对水、油敏感性极强，因此要求压缩空气洁净而干燥。
（）22、聚酯腻子具有干燥速度快，受气候影响小，腻子层牢固等优点。
（）23、刮涂第二层腻子以填平为主要作用，不求光滑。
（）24、喷涂双组份中涂底漆时可以喷涂到贴护边沿。
（）25、氨基固化的双组份环氧底漆一般是底涂层、中涂层二合一的底漆。
（）26、抛光主要是为了增加涂膜的光泽度、平滑度及丰满度。
（）27、ABS塑料燃烧时有明显的烟雾产生。
（28、聚丙烯塑料需要喷涂专用底漆来增加附着力。
（）29、双组份反应型和烘烤干燥型的涂料干燥后比空气干燥型的软（）30、腻子与底漆、中涂底漆及面漆有良好的配套性，可避免发生咬底、起皱等现象。
预防螺钉氢脆的措施
预防螺钉氢脆的措施预防螺钉氢脆的措施什么是螺钉氢脆？螺钉氢脆，也被称为氢脆现象，是指在制造和使用过程中，由于吸收过多的氢气导致金属材料发生脆裂的现象。
这种脆裂往往会给螺钉的性能和使用安全性带来严重影响。
措施一：选择合适的材料•选择低含氢合金钢：低碳合金钢和不锈钢是常用的螺钉材料，因其含有较少的氢元素，能够有效减少氢脆的发生。
•避免使用高硬度材料：高硬度材料容易吸收氢气，增加螺钉氢脆的风险。
措施二：控制加工工艺•严格控制热处理工艺：热处理是制造螺钉的重要环节，过高的热处理温度和过长的保温时间都会增加螺钉吸氢的可能性。
•控制表面处理工艺：表面处理可以有效提高螺钉的耐蚀性和抗氢脆性，采用适当的表面处理方法能够减少螺钉的吸氢量。
措施三：改进使用环境•控制湿度：螺钉在高湿度环境下容易吸收氢气，因此，避免螺钉暴露在潮湿的环境中能够有效预防螺钉氢脆的发生。
•控制温度：高温环境也有可能加速螺钉吸氢的速度，因此，在使用中尽量避免将螺钉暴露在高温环境中。
措施四：正确的存储和包装•妥善存放：螺钉在存放时应注意避免潮湿和高温环境，选择干燥、通风、温度适宜的存放位置。
•适当包装：螺钉在运输和储存过程中，合理选择包装材料和方法，以减少螺钉吸收环境中的氢气。
措施五：加强质量控制•严格的原材料检测：确保所采购的原材料符合相关标准要求，减少原材料带入的杂质和氢元素。
•检测螺钉质量：采用非破坏性检测方法，如超声波检测、射线检测等，及时发现螺钉的氢脆问题，以防止出现安全事故。
以上是预防螺钉氢脆的一些常见措施，希望能对您的创作提供一些参考和帮助。
措施六：加强员工培训和意识教育•提高员工的材料知识和质量意识：通过培训，让员工了解螺钉氢脆的危害和预防措施，引起他们对质量的重视，从而确保制造过程中的每一个环节都符合标准要求。
•加强安全意识：教育员工在使用螺钉时要遵循规范操作程序，定期检查螺钉质量，及时报告和处理存在问题的螺钉，以确保使用的螺钉符合安全要求。
氢脆的形成以及防护
科技名词定义中文名称：氢脆英文名称：hydrogen embrittlement其他名称：白点定义1：金属由于吸氢引起韧性或延性下降的现象。
所属学科：船舶工程（一级学科）；船舶腐蚀与防护（二级学科）定义2：钢材在冶炼、加工和使用中溶解于钢中的原子氢，在重新聚合成分子氢时产生的巨大应力超过钢的强度极限时，可以在钢内产生微裂纹，导致材料的韧性或塑性下降的现象。
氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。
氢脆只可防，不可治。
氢脆一经产生，就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
热处理的方法是将工件加热至某一温度，保温一段时间，缓冷，使氢随溶解度逐渐变小，逐渐析出。
但加热会破坏镀层，因此热处理的方法对于经过电镀的工件并不适用。
如何防治首先，尽量缩短酸洗时间；其次加缓蚀剂，减少产氢量。
压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢，可以是设备中原来就存在的，例如，炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢，并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时，钢表面被吸附的氢原子过饱和，使氢渗入钢中；也可以是使用后由介质中吸收进入的，例如在石油、化工容器中，就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体，氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
6-2氢脆
1、氢的来源 内含的（冶炼和加工中带入的氢）；
外来的（工作中，吸H）。 2、氢的存在形式 间隙原子状，固溶在金属中[H]； 分子状（H2），气泡中； CH 化学物（氢化物）。 4 TiHx、 NaH
二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀（或称气蚀） 氢与金属作用生成高压气体（如CH4），使晶界 结合力减弱而导致的氢脆断裂。 C（Fe）+4H→CH4
实验识别的方法当施加一小的阳极电流如使开裂加速为应力腐蚀在强度较低的材料中断裂源不在表面而在表面以下的某一深处主裂纹没有分枝情况断口没有腐蚀产物或者其量极微其它对温度和形变速率有强烈的依赖断口识别的方法五防止氢脆的措施1环境因素2力学因素阻止或减少氢进入材料a
第二节 氢脆
由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的 现象，称为氢脆断裂（简称氢脆） 一、氢在金属中的来源和存在的形式
五、防止氢脆的措施
1）环境因素阻止或减少氢进入材料 a.表面涂层处理
b.加入抑制剂 2）力学因素 减小或消除残余拉应力 设计时安全选材 3）材料因素 成分： 降低含氢量 C、Mn、S、P ↑氢脆 Ca、RE ↓氢脆
组织： 细化晶粒↓氢脆
氢脆敏感性↑ 粒状P 片状P 下B或回火M M
性能： 高强度钢（700MPa）的氢脆性大 冷变形的氢脆性大
Fe3C →3Fe+C
温度、压力
C+2H2→CH4
宏观断口：氧化色，颗粒状 微观断口：沿晶断裂 各种钢材料在气相氢环境中 的使用界限
2、白点（发裂） 氢的溶解度↓， 形成气泡，体积↑， 将金属的局部胀裂。 宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。0.1——2.5mm 精炼除气，加入稀土或其微量元素,锻后缓冷. 3、氢化物致脆 形成氢化物 氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。
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5 70
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34
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验 分步加载试验的根据是Traiono的试验
图2-20 利用在149℃（300℉）烘烤不同时间所得各种氢浓度下的 持续载荷破断曲线、尖缺口试样、强度水平230ksi，按Traiono 35
Nd
H
氢测定条
NdH2
2H
Nd
H
飞机主起落架装臵（AISI4340) Nd+2H
300℉（149℃），1h
NdH2
测试结果：如果NdH2反应部位是直观（肉眼）可见，局部氢浓度将大于 150ppm；光学显微镜和扫描电镜读数可连续测定从150到1ppm以下（在 1μm的位臵）。光学显微镜到0.01ppm，扫描电镜到0.001ppm。
90%极限抗拉强度下,168h不断为合格。
应力环敏感性试验：
¤ 3个应力环，光亮氰化镀镉，10A/ft2下镀30min，375℉除氢8h， 加载90%σb ，24h内应断裂； ¤ 3个应力环，按DPS9.28松孔镀镉，60A/ft2下镀6min，375℉除氢 23h，加载90%σb ，应该168h不断（ASTM F519规定200h)。 评价： 应力环灵敏度比缺口根部半径为0.003英寸的缺口拉棒试样低；
（1）逐步加载试验
¤ ASTM F519 附录A3 ¤ ASTM F1624 钢的氢脆门槛值 ¤ ASTM F1940 紧固件工艺控制检验
缺口方棒试样 四点弯曲加载
逐渐分步加载
32
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验
图2-19 缺口方棒试样图
33
二 氢脆试验方法
在3.075Mev动能下,7Li离子
与表面的氢原子核反应,生成 第五激发态的8Be
7Li+1H
→
8Be+γ
而8Be由于放射出17.6或14.74Mev 的γ射线而迅速衰减。所放射的γ 射线数量与被探测深度下氢原子核 的数量成正比。依靠控制入射7Li
12 射线的能量，可以改变探测深度。
二 氢脆试验方法
10
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验法（延迟破坏试验）
¤ 缺口拉伸试验（ASTM F519) ¤ 应力环试验（ASTM F519) ¤ 紧固件倾斜楔子试验（ASTM B839)
*快速试验方法
¤ 逐步加载试验—ASTM F1624（钢的氢脆门槛值） —ASTM F1940（工艺控制检验） ¤ 慢应变速率试验
一航材料院
持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验
表2-4关于快速的（≤24h)分步加载门槛值测定对分布加载曲线的最低要求 %FS #h 10
20 30 40
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh 13
14 15 16
1
1 1 1
1 50
一 氢脆概要
一航材料院
合金元素 热处理制度 金相组织
高强度钢
氢脆
设计应力 使用应力 加工残余应力 应力集中
静拉应力
可扩散氢
热处理 焊接 表面处理 涂漆
4
一 氢脆概要
一航材料院
几个概念： 内部氢脆 环境氢脆 可逆性氢脆
不可逆性氢脆
后脆 延迟破坏
持续载荷试验法
----应力环试验(ASTM
F519 2a型试样,ASTM STP543 O型应力环试验)
图2-14 加应力前的应力环试样
图2-15 嵌入了应力棒的应力环
图2-16 不同长度的应力棒
图2-17表明应力和应力环致偏度的关系图
29
二 氢脆试验方法
一航材料院
表2-3
棒的尺寸mm (英寸) 64.1(2.525) 62.4(2.454) 61.3(2.415) 60.6(2.387)
图2-9 HB5067缺口拉伸试样
19
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519）
图2-10 拉力试验机
20
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519）
关注几个问题 1.试验方法的依据，苛刻性，仲裁性； 2.试样的加工是关键；
3.试样的材料问题；
一批试样在用于鉴定或仲裁某一电镀工艺（或其他工艺） 的氢脆性是否合格之前，必须首先检验试样对氢脆的敏 感性，以确认试样的资格。
26
二 氢脆试验方法
一航材料院
表2-1 当对AISI4340钢的批次进行敏感性试验电镀槽液成分和操作条件
项目 槽液成分: 镉(以CdO) 氰化钠(NaCN) NaCN/ CdO之比 pH 温度 氢氧化钠 4.5 OZ/gal(33.7g/l) 14 OZ/gal(104g/l) 3 12 70-90℉(21-32℃) 2.5 OZ/gal(18.7g/l) 4.5 OZ/gal(33.7g/l) 14 OZ/gal(104g/l) 3 12 70-90℉(21-32℃) 2.5 OZ/gal(18.7g/l) 处理A 处理B
氢脆问题培训
1
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目
录
一 . 氢脆概要 二 . 氢脆试验方法
三 . 低氢脆防护工艺
2Байду номын сангаас
一 氢脆概要
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氢脆定义:高强度结构钢在相当低的的使用应力下,由氢所 所诱发的灾难性脆性断裂。 发生氢脆断裂的三个必要条件： 1.钢必须热处理到某种相当高的强度水平。一般来说，随 着钢的强度水平的提高，断裂的时间就减少。 2.钢必须承受某一高于某种最低值的静载拉伸应力。这种 最小应力值取决于钢的强度水平。 3.钢必须含有超过某一最低量的氢，而这种氢必须能通过 钢而自由扩散。 氢脆的发生，就是氢在应力作用下会向应力集中区迁移。 氢以某种方式削弱了钢的内部键合力。当足够的氢聚集时， 裂纹就开始了。高的应力以及氢向裂纹尖端移动，这个过程 3 一直继续到发生断裂为止。
4组 敏感性最低的 5组
7
一 氢脆概要
一航材料院
一种钢不同强度水平对氢脆的敏感性(图1-2)
8
一 氢脆概要
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氢脆的门槛应力与门槛氢含量的关系(图1-3)
9
一 氢脆概要
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减少氢脆危险
1.选材—应选强度级别较高而氢脆敏感性较小的材料 2.设计—应尽可能采用低的热处理水平和最清洁的材料； 零件应尽可能承受低的持续拉伸载荷； 应尽可能减少应力集中的可能性（截面变化等）。 3.热处理—采用表面无氧化、不脱碳、不增碳、不产生内应 力、不变形和不吸氢的工艺（真空热处理、可控 气氛热处理）。 4.表面处理—采用无脆性或低脆性工艺、镀前消除应力、喷 丸强化、镀后长时间除氢、氢脆试验。
5
一 氢脆概要
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后脆示意图：
图1-1 .30CrMnSiNi2A钢在3.5%NaCl介质（35℃）中的应力—破断时间曲线
6
一 氢脆概要
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钢的强度级别与氢脆敏感性(表1-1)
合金 敏感性最高的 1组 2组 3组 AISI4340(低合金钢） AISI4130(低合金钢） AISIH-11 (低合金钢） 17-4PH(耐蚀钢） AM355 (耐蚀钢） AISI410 (耐蚀钢） 18Ni Maraging (低合金钢） AISI E8740 (低合金钢） 17-7PH(耐蚀钢） 718合金（镍基合金） Waspaloy （镍基合金） Rene’41 （镍基合金） U-212 (耐蚀钢） 抗拉强度（ksi) 260 180 260 200 180 160 260 180 200 180 190 200 180
AISI4340钢，其硬度在HRC=51-53来加工所有试样。
我们没有4340这种材料，所以HB5067规定可采用与零 件相同的材料和热处理状态的试样。我们曾经先后相 应地用过30CrMnSiNi2A,GC-4,300M,AF1410和A100等 钢试样。
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二 氢脆试验方法
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4.试样的敏感性问题
30 比缺口根部半径为0.005英寸的缺口拉棒试样高。
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——紧固件倾斜楔子试验（ＡＳＴＭ
Ｂ３８９）
扭矩法加载至７５％b 级别：４８h不破坏 ９６h不破坏
２００h不破坏
图2-18 ６楔子和平行垫板的例子
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二 氢脆试验方法
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持续载荷试验——快速试验方法
应力棒尺寸
应力kg/mm2 (ksi) 174(248) 147(209) 124(176) 93(132) 强度(百分数)
棒号 No. 1 2 3 4
变形mm (英寸) 5.72(0.225) 3.91(0.154) 2.92(0.115) 2.21(0.087)
92%极限抗拉强度
95%屈服强度 80%屈服强度 60%屈服强度
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二 氢脆试验方法
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非电化学方法测定可扩散氢
——钕箔测试条试验
图2-7 4340型钢的持续载荷应力对氢含量的临界破坏曲线 18
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519,Ⅰa型试样） 75%σbh下静载拉伸，200h不断为合格
图2-8 F519 1a型试样图