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氢脆

1875-01-01
  • W. H. Johnson
冶金学家在材料科学领域分析高强度钢的氢脆。

Hydrogen embrittlement (HE) is a process where metals, most notably high-strength steels, become brittle and fracture following exposure to hydrogen. Atomic hydrogen diffuses into the metal lattice and reduces its 延展性 and load-bearing capacity. Key proposed mechanisms include Hydrogen-Enhanced Decohesion (HEDE), which weakens atomic bonds, and Hydrogen-Enhanced Localized Plasticity (HELP), which facilitates dislocation motion and localized failure.

氢脆的技术背景是指氢原子进入易受影响的材料,通常是在拉伸应力作用下。氢的来源多种多样,包括电镀、焊接和酸洗等制造工艺,以及涉及腐蚀或高压氢气的操作环境。氢原子非常小,一旦进入金属内部,就能迅速扩散穿过晶格。它们往往会聚集在应力集中的位置,例如裂纹尖端、晶界和夹杂物。

HEDE模型认为,氢的积累降低了分离金属原子所需的内聚能,从而促进沿晶面或晶界的脆性断裂。相比之下,HELP模型则认为,氢增强了位错的迁移率,导致剧烈的局部塑性变形,并形成微孔,最终聚结成裂纹。现在人们普遍认为,这两种机制可以同时发生,有时甚至同时发生,具体取决于材料、温度和氢浓度。这一认识具有重大的创新意义,它将断裂的视角从纯粹的机械过程转变为受原子层面化学相互作用严重影响的过程,从根本上改变了高强度材料的设计和防护方式。

UNESCO Nomenclature: 3308
- 材料科学

类型

物理过程

中断

实质性

使用方法

广泛使用

前体

  • 亨利·卡文迪什发现氢元素
  • 约翰·道尔顿对原子理论的发展
  • 了解晶体学和金属晶格结构
  • 在酸洗等工业过程中对金属故障的早期观察
  • 开发测量延展性和强度的机械测试方法

应用

  • 管道和储罐用耐氢合金的开发
  • 防止氢吸收的高强度钢焊接和电镀指南
  • 石化和航空航天工业部件的设计标准
  • 暴露于腐蚀环境中的螺栓、焊缝和结构部件的失效分析

专利:

NA

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