氢脆的原理与预防

电焊条用线材的氢致脆研究与预防方法氢致脆是指金属在存在高浓度氢气环境下，发生脆性断裂的现象。

在电焊过程中，由于线材中可能含有一定的水分，并且通过电弧反应产生的气体会包含一定的氢气，在电焊条用线材中存在氢致脆的风险。

本文将深入研究电焊条用线材的氢致脆问题，并提出预防方法。

首先，我们需要了解电焊条用线材中氢致脆的成因。

氢气会渗透进入金属晶界，当氢气达到一定浓度时，会导致金属晶界发生脆性断裂。

电焊过程中的熔融池产生的气体，如水蒸气、氮气等，会在焊接过程中与金属反应生成氢气。

除了焊接本身产生的气体，电焊线材中的水分也会在焊接过程中蒸发并与金属反应生成氢气。

为了预防电焊条用线材的氢致脆问题，首先我们需要保证线材的质量。

线材的水分含量是影响氢含量的重要因素之一。

在购买线材时，应选择质量可靠的产品，并确保其水分含量低于标准要求。

此外，线材在存储和运输过程中也需注意防潮，避免受潮导致水分增加，进而增加金属氢含量。

其次，控制焊接工艺参数也是预防电焊条用线材氢致脆的重要措施之一。

在选择焊接电流、电弧特性等参数时，应根据具体材料和焊接要求，合理调整参数，以减少氢含量的生成。

焊接过程中，应控制电弧时间和焊接速度，避免过长的电弧时间和过快的焊接速度导致氢的积累。

另外，电焊工作者在焊接过程中需注意维持良好的气氛环境，减少产生气体的可能性。

此外，对焊缝进行预热也是预防氢致脆的有效方法之一。

预热能够提高金属的扩散能力，减少氢的积聚。

在焊接前，对焊缝的周边区域进行一定的预热，可以有效减少氢气的聚集和扩散，提高焊缝的强度。

最后，采用合适的焊接材料和技术也能有效预防电焊条用线材的氢致脆问题。

选择适合材料的焊接电极可以减少氢含量的产生，提高焊接接头的质量。

同时，采用低氢型焊条和精细焊接技术，可以减少焊接熔融池中氢气的生成和固溶量，避免金属发生氢致脆。

综上所述，电焊条用线材的氢致脆问题在焊接中必须引起重视。

为了预防氢致脆的发生，我们应选择质量可靠的线材，并注意线材的储存、运输和使用过程中防潮；调整焊接工艺参数，控制电弧时间和焊接速度；对焊缝进行预热；选择适合材料的焊接电极和采用合适的焊接技术。

文章主要说明氢脆产生的原因，并以液压主控阀阀芯为例讲述发生氢脆的薄弱点，最后阐明了去氢脆处理的主要措施。

一、氢脆的定义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。

氢脆主要发生在低合金高强度钢、不锈钢及弹性零件上，造成氢脆的主要原因是表面处理，如电镀、氮化等零件的处理过程中产生的氢渗入到金属内部导致晶格排列混乱，产生扭曲，造成内应力增加，使金属或镀层产生脆性，从而引起零件的断裂或镀层的脱落。

在过程中氢脆的发生需要满足两个条件：金属有较高的含氢量；有一定的外力作用。

由于氢脆所导致的滞后开裂的特性，严重影响零部件的使用性能，存在较大的安全隐患。

因此在零件的设计加工时，尤其是液压元件工作在高压下，更需要严格控制。

二、去氢脆处理适用的范围及工序并不是所有金属在表面处理过程中都会产生氢脆现象，通过研究数据及实践来看，在零件表面处理后氢脆主要产生于以下材料中。

（1）抗拉强度在981N/mm2（或硬度在38HRC）以上的经过热处理的碳素钢及合金钢零件。

（2）硬度为370HV以上的弹簧钢（包含琴钢丝、油回火钢丝、高碳钢丝）的零件。

（3）在抗拉强度1236N/mm2以上（或36HRC以上）实施热处理的马氏体的不锈钢产品。

现在的加工中，可导致氢脆的工序主要有酸洗、电镀、氮化、电解，以上工序在处理零件表面时，会产生氢且渗入到零件中，从而导致氢脆。

三、氢脆的案例分析液压产品一般需在高压下工作，部分零件承受的力较大，当零件吸氢后，在其薄弱地方会发生断裂，如图1所示的阀芯。

阀芯内部为中空，由于功能要求，中空处需要与单向阀配合密封，阀芯处于高压工作，这就需要与单向阀的配合处具有较强的抗冲击性及韧性，同时为了达到一定的耐磨要求，许多厂家选择该种阀芯表面镀铬处理，而且要求的镀层较厚，但由于镀铬工艺本身电流效率低，因此需要电镀的时间较长，渗氢严重。

图1 主控阀阀芯示意该阀芯材质为42CrMo，调质处理后硬度为32~36HRC，装配后要求镀铬层厚度0.04~0.06mm。

金属氢脆的原因及解决方法一、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。

常温下氢的扩散速度相当缓慢，所以需要即时加热去氢。

温度升高，增加氢在钢中的溶解度，过高的温度会降低材料的硬度，所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择，必须考虑不致于降低材料硬度，不得处于某些钢材的脆性回火温度，不破坏镀层本身的性能。

二、避免和消除的措施1.减少金属中渗氢的数量在除锈和氧化皮时，尽量采用吹砂除锈，若采用酸洗，需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂；在除油时，采用化学除油、清洗剂或溶剂除油，渗氢量较少，若采用电化学除油，先阴极后阳极；在电镀时，碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。

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：钢材在锻炼、加工和使用中溶化于钢中的原子氢，在重新聚合成分子氢时产生的庞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，就排除不了。

在材料的锻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)在内部剩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，使氢随溶化度逐渐变小，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，严峻时会导致外表鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物复原。

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复原而生成氢，并溶化在液体金属中。

或设备在电镀或酸洗时，钢外表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汲取进入的，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。

氢脆的概念、机理及应对措施详解一、氢脆的概念氢脆是指金属材料在冶炼、加工、热处理、酸洗和电镀等过程中，或在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化，发生脆断的现象。

人们不仅在普通的钢材中发现氢脆现象，在不锈钢、铝合金、钛合金、镍基合金和锆合金中也都有此现象。

从机械性能上看，氢脆有以下表现：氢对金属材料的屈服强度和极限强度影响不大，但使延伸率是断面收缩率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值显著降低。

在低于断裂强度拉伸应力的持续作用下，材料经过一段时期后会突然脆断。

二、氢脆的机理氢脆的机理学术界还有争议，但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因：1、在金属凝固的过程中，溶入其中的氢没能及时释放出来，向金属中缺陷附近扩散，到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集，从而产生巨大的内压力，使金属发生裂纹。

2、在石油工业的加氢裂解炉里，工作温度为300-500度，氢气压力高达几十个到上百个大气压力，这时氢可渗入钢中与碳发生化学反应生成甲烷。

甲烷气泡可在钢中夹杂物或晶界等场所成核，长大，并产生高压导致钢材损伤。

3、在应力作用下，固溶在金属中的氢也可能引起氢脆。

金属中的原子是按一定的规则周期性地排列起来的，称为晶格。

氢原子一般处于金属原子之间的空隙中，晶格中发生原子错排的局部地方称为位错，氢原子易于聚集在位错附近。

金属材料所外力作用时，材料内部的应力分布是不均匀的，在材料外形迅速过渡区域或在材料内部缺陷和微裂纹处会发生应力集中。

在应力梯度作用下氢原子在晶格内扩散或跟随位错运动向应力集中区域。

由于氢和金属原子之间的交互作用使金属原子间的结合力变弱，这样在高氢区会萌生出裂纹并扩展，导致了脆断。

另外，由于氢在应力集中区富集促进了该区域塑性变形，从而产生裂纹并扩展。

还有，在晶体中存在着很多的微裂纹，氢向裂纹聚集时有吸附在裂纹表面，使表面能降低，因此裂纹容易扩展。

4、某些金属与氢有较大的亲和力，过饱和氢与这种金属原子易结合生成氢化物，或在外力作用下应力集中区聚集的高浓度的氢与该种金属原子结合生成氢化物。

一、氢脆产生的机理因热处理、机加工、电镀、电焊、酸洗、磷化、材料腐蚀等因素导致氢原子渗入钢和其他金属如铝、钛合金中，由于在每一个铁离子的立方晶格中只能容纳一个氢原子，所以它虽自由的移动和扩散，但不可能有二个氢原子相遇形成氢分子，但被吸收的氢原子具有向应力集中的部位扩散和移动的能力，这时，如果在应力集中部位由于位错而产生晶格缺陷时，氢原子进入晶格间隙，相互汇合形成氢分子，从而致使钢的组织破坏，形成钢的氢脆。

而由于氢原子向应力集中的部位扩散和积聚需要时间，这就是为何氢脆主要的表现特征为延迟断裂。

二、造成产品氢脆的几大因素1、原材料钢的强度越高越容易导致氢脆。

高强度钢的韧性会随着其强度的增高而下降，因此这种材料对缺口、氢脆以及应力腐蚀很敏感,尤其是氢脆性会使这些材料在其设计载荷能力以下发生破坏。

也就是说材料在渗氢的情况下，在低于其屈服强度的应力条件下，容易发生早期脆性断裂，而且材料强度级别越高，渗氢程度越严重，所受应力越大，氢脆风险性也越大。

美国对氢脆敏感的SAE4340钢做过实验，当其抗拉强度低于1250MPa 时，吸收了1〜IOPPM的氢而不会发生氢脆，但经过热处理后，强度达到1760MPa〜1920MPa时，仅吸收了0.03〜0.05PPM的氢，就会发生显著的氢脆断裂。

而采用抗拉强度小于780MPa的普通钢，即使吸收了10~30PPM的氢，也未发现有氢脆断裂现象。

2、机械加工在电镀前的加工过程中，如轧制成型、机械加工、钻孔、磨削中，由于润滑剂的选用不当造成分解会导致氢渗入金属中。

硬化热处理后经机械加工、磨削、冷成型冷矫直处理的制件对氢脆损伤特别敏感。

同时如在冷轧、冲裁、压弯、磨削等机加工过程中使得零件表面产生加工裂纹，会导致零件裂纹处渗氢后很难经烘烤将氢析出。

同时裂纹处又是应力集中区，很容易造成零件在裂纹处延时断裂。

下图所示为一款65Mn材料的组合螺母，因表面有严重的机加工裂纹，导致在电镀后采用GBT/3098.17进行氢脆测试过程中发生氢脆断裂。

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。

氢脆的概念
氢脆是指在高强度应力下，钢材等金属材料中的氢原子会发生脆化现象，导致材料的强度和韧性急剧下降，甚至会发生断裂。

这种现象在
工业生产中经常出现，给生产和使用带来了很大的安全隐患。

氢脆的产生原因主要是由于氢原子在金属材料中的扩散和积聚。

在金
属材料的制造和使用过程中，氢原子会从外部环境中吸收并进入材料
内部，然后在材料中扩散和积聚。

当材料受到高强度应力时，氢原子
会聚集在材料的应力集中区域，导致材料的强度和韧性急剧下降，从
而引发氢脆现象。

为了避免氢脆现象的发生，工业生产中需要采取一系列的措施。

首先，需要在制造和使用金属材料时，尽可能减少氢原子的吸收和积聚。

其次，需要对金属材料进行适当的热处理，以促进氢原子的扩散和释放。

此外，还需要对金属材料进行严格的检测和监控，及时发现和处理氢
脆现象。

总之，氢脆是一种在工业生产中经常出现的现象，给生产和使用带来
了很大的安全隐患。

为了避免氢脆现象的发生，需要采取一系列的措施，包括减少氢原子的吸收和积聚、适当的热处理以及严格的检测和
监控。

只有这样，才能保证金属材料的强度和韧性，确保工业生产的安全和稳定。

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。

氢脆发生的主要原因和防止措施结构钢材因其高性能和抗腐蚀的特性，一直是重要的建筑材料。

近年来由于技术进步，结构钢材应用越来越广泛，也在提高质量和性能方面取得了显著进展。

然而，由于结构钢材表面受到腐蚀损伤，存在着氢脆的危险，此类建筑结构有时会发生爆裂。

本文将详细介绍氢脆发现产生的原因和相应的预防措施。

氢脆作为一种特殊的界面断裂破坏性，是由于结构钢材表面上的低碳区环境下腐蚀和断裂破坏形成的，从而造成结构钢材的自身强度，硬度，弹性和断裂抗拉强度等微观结构发生变化，而受碳素含量低的结构钢材影响最大。

浅表结构钢材的氢脆发生在三个基本的过程中：氢的析出过程，应力集中和结构变化过程。

氢的析出过程在碱性或酸性条件下，电解、侵蚀和其他方式释放外界氢原质，使表面钢材中的化学缺陷（低碳区）中吸收这些氢原质，由此产生化学成分性介质王背景下形成的高应力应激（称为应力集中过程），这样就会引起材料的结构和性能变化，从而改变材料的断裂行为。

因此，从这些现象来看，外部环境的背景、热处理表面质量的控制等决定了结构钢材低碳区的氢脆风险。

预防氢脆发生在准备和涂层工艺程序中很重要。

首先，在制造过程中严格控制钢材的化学成分，减少材料中的低含量区，并且应尽量使用中低碳钢材，因为它更加坚韧，不易产生脆性。

其次，热处理的表面质量也很重要。

结构钢材应进行适当的热处理，以减少钢材表面质量，提高抗拉强度和弹性。

最后，进行正确的涂层处理可以提高材料的腐蚀防护效果。

可以使用结构钢材的密封涂层来对表面施加保护层，确保材料的抗氧化性，防止氢脆的发生。

总之，氢脆是造成结构钢材爆裂的主要原因，如何有效防止氢脆发生，是大家关心的问题，需要从准备工艺和涂层工艺着手，从而达到预防氢脆发生的目的。

氢脆现象发生的条件氢脆现象是指在一些特定的情况下，多孔质的金属或合金材料在受到氢气的作用下出现脆裂现象。

这一现象首次在19世纪中叶被发现，至今仍然是一个备受研究和关注的问题。

了解氢脆现象发生的条件对于预防和控制氢脆脆断十分重要。

下面将详细介绍氢脆发生的条件。

一、氢源氢脆现象的发生需要外部供源的氢，可以来自环境中的氢气，也可以是工业过程中的氢气。

氢气溶解在金属的微观裂纹、间隙或内部缺陷中，引发了氢脆现象。

氢气主要通过介质中的溶解或扩散、电解质的腐蚀产生以及金属与酸性或碱性溶液发生反应产生。

二、金属结构金属的结构是影响氢脆现象的重要因素，包括晶界、相界、内部缺陷等。

晶界势必使金属表面形成一定的位错，从而在氢脆的发生中起到了一定的作用。

不同的金属晶界对氢的吸收和扩散的能力不同，晶界内的氢裂纹也更易发生。

相界是不同相之间的界面，一些相界能够促进氢原子的扩散，导致金属材料在氢气的作用下更容易发生脆断。

此外，金属材料中的缺陷如夹杂物、孔隙、裂纹等也会增加氢脆的发生几率。

三、应力条件应力是促使金属材料发生氢脆的一个重要条件。

外部的应力可以是静态的（如预应力、残余应力）也可以是动态的（如加载和松弛）。

这些应力会影响氢脆的发生。

应力会导致氢原子在金属材料中扩散，并集中在一些特定的区域，通过影响材料中的位错和晶界，加速了氢脆的发生。

四、温度条件温度也是影响氢脆现象的重要因素。

一般来说，在较高的温度下，金属材料的弹性和韧性较高，对氢脆的抵抗能力也相对较强。

而在较低的温度下，金属材料的韧性和塑性降低，更易发生氢脆。

此外，温度还会影响氢原子在金属内部的扩散速度，在一定的温度范围内，氢脆现象呈现明显的温度敏感性。

五、环境条件金属材料与外界环境的相互作用也会影响氢脆现象。

一般来说，酸性和碱性环境中的金属更容易发生氢脆，而在中性环境中的金属抵抗氢脆能力较强。

此外，湿度、氧含量等因素也会对金属材料的氢脆现象产生一定的影响。

总结：氢脆现象的发生需要满足多个条件，包括氢源、金属结构、应力条件、温度条件和环境条件。

十、氢脆的原理是什么?氢脆是一种氢元素进入金属基体，导致材料的力学性能降低从而在未达到许用条件情况下即发生失效断裂的现象。

氢脆常表现为冲击韧性降低和应力作用下金属材料的延迟断裂，往往因其不可预测性从而造成安全问题和经济损失。

金属材料中的氢来源分为内源氢和外源氢。

内源氢主要来源于金属冶炼过程，在冶炼过程中进入的水在高温状况下分解以及废钢表面附着的铁锈，都可引入内源氢。

外源氢一般来源于H、HS等气体与金属交互作用中产生的氢原子，由于氢原子尺寸很小，当其吸附在大多数金属表面时，在浓度差的驱动力下会扩散进金属基体。

氢原子渗人材料内部品格中，可在金属内部扩散，并聚集于金属内部的空穴、位错、第二相粒子和夹杂物等缺陷周围。

金属内部的氢可在一些缺陷处重新结合成H分子，并在金属内部形成强大的氢气压，造成金属内部裂纹的形成。

另外，氢也会聚集在裂纹尖端的塑性区，使裂纹扩展的阻力大大降低。

一般来说，钢强度越高，位错、空穴、第二相等缺陷数量就越多，越容易受到氢脆的响。

氢脆发生的机理主要包括高压氢气理论、晶格脆性理论、位钱理论等多种理论。

氢脆可能会导致一些突发性的事故，造成经济财产损失，危及生命安全，是氢能产业实现安全生产重要的隐患之一。

在氢能产业中，储氢容器、输氢管道、氢压缩机、接触氢气的管件等均可能产生氢脆现象，从而造成危险。

尤其是高压钢制容器、高压长输管道及相关管件一般选择高强度钢，而钢强度越高，越容易发生氢脆风险，对容器和管道的寿命影响越大。

氢脆只能预防，氢一旦进入金属材料内部，造成材料的性能损伤不可避免。

避免氢脆发生的一种办法是采用不易发生氢脆的材料，比如采用塑料作为储氢容器内胆，采用不易产生氢脆的低强度钢材作为低压输氢管道的材料。

采用阻氢涂层或者进行材料组织改良也是防止氢脆的技术手段。

核工业中，已通过阻氢涂层作为氢扩散进基体的屏障，来防止零件因氢脆失效。

在石油行业里，一般通过热处理等工艺制备X系列管线钢等氢脆敏感低的钢材。

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：。

氢脆钢材中的氢会使材料的力性能脆化，这种现象称为氢脆。

氢脆主要发生在碳钢和低合金钢。

钢中氢的来源主要为下列四个方面：（1）冶炼过程中溶解在钢水中的氢，在结晶冷凝时没有能及时逸出而存留在钢材中；（2）焊接过程中由于水分或油污在电弧高温下分解出的氢溶解入钢材中；（3）设备运行过程中，工作介质中的氢进入钢材中；（4）钢试件酸洗不当也可能导致氢脆。

含氢的钢材，当应力大于某一临界值时，就会发生氢脆断裂。

氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程。

脆断应力可低达屈服极限的20%。

钢材的强度愈高（所承受的应力愈大），对氢脆愈敏感。

容器中的应力水平，包括工作应力及残余应力是导致氢脆很重要的因素。

氢脆是一种延迟断裂，断裂迟延的时间可以仅几分钟，也可能几天。

氢脆断裂只发生在100~150C的温度范围内，很低的温度不利于氢的移动和聚集，不易发生氢脆，而较高的温度可以使氢从钢中逸出，减少钢中的氢浓度，从而避免脆化。

焊后保温及热处理就是利用高温下氢能从钢中扩散逸出的原理，用来降低焊缝中氢含量，它是改善焊接接头力学性能的有效措施。

氢对钢铁材料的危害性较大，由于氢而导致材质劣化的现象统称为氢损伤。

氢损伤的形式有很多种，除了氢脆以外，还有因氢在钢板分层处聚集引起的氢鼓泡；氢在钢材中心部位聚集造成的细微裂纹群，称为白点；以及钢在高温高压氢（对碳钢，温度大于250℃．氢分压大于2MPa）作用下的氢腐蚀。

发生氢腐蚀时，钢的组织发生脱碳，渗碳体分解，沿晶界出现大量微裂纹，钢的强度、韧性丧失殆尽。

无损检测不能检测和判定清脆。

其余种类的氢损伤检测：氢鼓泡一般用肉眼便可观察到；白点可应用超声波检测方法测出来；氢致表面裂纹可应用磁粉或渗透方法检测出来；氢腐蚀可通过硬度试验和金相方法检测和判定。

氢脆现象解释
氢脆现象是指在高强度金属中，如钢和铁合金中，当金属在加工过程中或在使用过程中接触到氢气时，会出现脆性破裂现象。

氢脆的主要解释有三个方面：
1. 氢渗透：氢气在金属中运动并渗透进入金属晶粒中，会导致晶粒边界处的氢浓度升高。

当氢浓度超过金属破裂强度的临界值时，氢在晶粒内部形成气泡，增加了晶体的内部应力和负面应力。

这使得金属变得脆弱，容易发生脆性断裂。

2. 氢吸收：金属表面与氢气发生反应，形成金属与氢的化合物，这种化合物可被金属晶界吸收。

当晶界吸收了大量氢时，会导致晶界的强度减弱，从而引发氢脆现象。

3. 奥氏体转变：某些钢和铁合金的冷加工或焊接过程中会发生奥氏体亚晶的形成。

在奥氏体亚晶中，氢原子可以通过间隙位错或溶质排斥的机制嵌入金属晶体中，从而导致亚晶区域的氢浓度升高。

当氢浓度超过亚晶区的承受能力时，亚晶很容易发生断裂。

为了减少氢脆现象，可以采取以下措施：
1. 预处理：在金属加工或焊接之前，可以对金属进行退火或热处理，以减少在金属中的氢含量。

2. 控制加工条件：在金属加工过程中，控制加工速度、温度和
应变速率，以减少金属中的氢渗透和吸收。

3. 添加抑制剂：在金属中添加特定的元素，如钼、钛、铝等，可以减少氢对金属的吸收和渗透。

4. 使用防脆剂：在金属表面形成一层防脆剂涂层，可以减少金属与氢气的接触，从而减少氢脆现象的发生。

总之，氢脆现象是金属与氢气相互作用的结果，通过控制氢含量和加工条件，以及采取防护措施，可以减少或避免氢脆现象的发生。

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。

、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。

"氢脆"是指在高强度应力下，某些金属（如钢、铁等）在存在氢的环境中容易发生脆性破裂的现象。

这种现象被称为氢脆，也叫做氢致脆化、氢脆破裂等。

氢脆的产生是由于氢在金属晶格中的吸附和扩散引起的。

在高应力作用下，金属晶格中的氢会聚集并导致晶格变形，从而降低了金属的韧性和延展性，最终导致脆性破裂。

氢脆的发生与压力相关，高应力会加速氢的吸附和扩散，增加氢脆的风险。

因此，在高压力环境下，特别是高强度应力下的金属材料使用中，需要特别注意氢脆问题。

为了预防和减轻氢脆的发生，可以采取以下措施：
1.选择耐氢脆的材料：某些合金材料具有较好的抗氢脆性能，可以选择这些材料来替代容易发生氢脆的金属材料。

2.控制环境中的氢含量：减少或避免环境中的氢含量，可以减少氢脆的发生。

例如，在制造、加工和使用金属材料的过程中，要尽量避免与氢气接触。

3.控制应力：减少或避免高强度应力的作用，可以降低氢脆的风险。

例如，在材料的设计和使用过程中，要合理控制应力，避免超过材料的承载能力。

综上所述，氢脆是金属在高应力下在氢环境中容易发生脆性破裂的现象，与压力有一定关系。

为了预防和减轻氢脆的发生，需要选择耐氢脆的材料、控制环境中的氢含量和应力。