析氢现象及其危害
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析氢现象及其危害
本篇针对我司产品加工工艺特点,简单概述了原材料在冶金、锻造、电镀和焊接过程中的析氢现象,主要分析了氢产生的原因、危害及除氢方法,为生产提供一定的参考。
一、原因
1.冶炼
⑴炉料带入。
由废钢、生铁、铁合金及造渣材料等炉料中固有的氢以及炉料中的水分
分解产生的氢溶入钢中。
⑵由炉气带入。
炉气中的水、氢气等都经过炉渣或直接与钢液接触而溶入钢中。
⑶由钢包、钢锭模以及保温冒的耐火材料带入。
⑷由大气带入。
大气铸锭时,空气中的水蒸气、氢气与钢液接触而溶入钢中。
2.电镀
在电镀过程中,由于水分子的离解,总是或多或少地存在一定数量的氢离子,
在电极的作用下,一部分就会从阴极析出氢气逸出,一部分以原子氢的状态渗入基
体金属及镀层中。
具体的析氢过程如下:
⑴H3O+从溶液中转移到阴极表面附近;
⑵H3O+在阴极上脱水还原,生成的氢离子吸附在电极表面H3O+→H++H2O
⑶两个吸附的氢原子结合成氢分子H++H+→H2
⑷氢分子聚合成小气泡,并逐渐长大,最后离开电极表面而逸出。
3.焊接
⑴焊条
⑵母材
⑶不干燥的保护气体
(4) 空气湿度较大
(5) 焊前未除油去污
二、危害
1.冶金
⑴白点:在钢材横向断口上,主要表现为放射性或不规则排列的锯齿形小裂缝(有时
也叫发裂);在纵向断口上,有圆形或椭圆形的银白色斑点。
它是锻件在冷却过程中产生的一种内部缺陷,它的存在对钢的性能极为不利。
在交变和重复载荷作用下,
白点处为应力集中点,常常成为疲劳源。
白点的产生是由于钢中氢和组织应力共同作用的结果。
目前关于氢致白点有以下几种解释:
①钢中含有氢时,使钢的塑性降低。
当氢含量达到某一数值时,塑性急剧下降,造
成氢脆现象。
②炼钢时钢液中吸收的氢,在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。
有些氢来不及扩散
到钢锭表面而存在钢锭内部显微空隙处、夹杂物附近或晶界上的小孔中。
氢原子
在该处易结合成分子状态,并产生压力。
另外氢与钢中的碳反应易形成甲烷(CH4),也造成较大的分子压力。
③钢坯在冷却过程中因冷却速度等因素使相变产生较大的组织应力,在钢中氢脆的
地方,将发生脆性破裂。
⑵层状断口:由于有些钢中晶体结构的特点,使氢分子容易在树枝晶或变形晶体边界
上聚集,从而引起内应力,导致晶间拉力减弱,从而降低钢材横向的塑性、冲击韧性,在钢材断口呈针状叠层结构。
⑶气泡或表面气孔:破坏了钢体的连续性,容易导致轧制开裂。
2.焊接:
⑴氢脆:氢溶解在金属晶格内,在室温附近使材料的塑性性能严重下降。
⑵白点:多在断口上呈现银白色圆形局部脆断点,白点中心有小夹杂物或气孔,塑性
下降较快。
⑶形成气孔:如果熔池吸收了大量的氢,在凝固过程中溶解度突然下降,使氢处于过
饱和状态,极易形成氢分子。
由于氢分子不溶于金属,于是在液态金属中形成气泡。
当气泡外逸速度小于凝固速度时,就在焊缝处形成气孔。
⑷产生冷裂纹:形成条件①焊缝或热影响区存在大量的氢;②组织硬度较高;③有应
力。
3.电镀
⑴氢脆现象:使基体金属及镀层的韧性下降而变脆。
⑵鼓泡:在电镀完成以后,由于周围环境的温度升高,被吸附在金属里的氢会膨胀析
出而使镀层产生鼓泡。
⑶空洞和麻点:氢气在阴极聚集后常呈气泡状粘附在电极表面,造成该处绝缘,使溶
液中的金属离子不能很好的附着,从而产生空洞和麻点。
⑷降低电镀效率:氢气的析出会降低阴极的电流密度,从而使电镀时间延长,降低生
产效率。
⑸污染环境、增加设备投资:氢气的大量析出,使溶液呈雾状而带出,不但污染环境,
而且增加了抽风设备的投资。
三、控氢方法
1.冶炼
⑴在冶炼浇注时,应对所有的炉料进行良好的干燥和保存,并保证炉料的清洁。
⑵降低炉气中的有害气体成分。
⑶采用最有效的去气手段—沸腾除气。
⑷采用真空浇注。
⑸锻件热加工后缓冷和去氢退火处理使氢充分扩散等有效措施。
⑹锻造后细化晶粒(采用正火、完全退火)可提高捕氢作用,减少钢的白点敏感性。
2.电镀
⑴电镀后进行高温除氢。
⑵在溶液中加入润滑剂、振动阴极和定期过滤溶液等方法有助于控制空洞及麻点的产
生。
3.焊接
⑴清除焊丝和焊件表面的杂质。
⑵焊前预热、焊后及时保温可使氢扩散充分逸出。
⑶改变坡口形式—改善应力集中。
⑷限制焊接材料中的含氢量,注意防潮,并在使用前进行烘干。
⑸控制焊接工艺参数,但具有局限性。
例如,焊接电流、电弧电压、电流种类及极性
影响焊接速度。
致谢:感谢科技之窗、熊健提供的相关资料。