氢脆的特性及影响因素分析

（1）氢促成裂纹源的因素 首先是金属与含氢介质条件组合。其介质环境条件通常是工艺过程、使用过程，如熔炼、酸洗、电镀、热处理、焊接等工艺过程以及含氢或硫化氢等含氢气氛中。氢进入金属内部而不扩散出来，并且积聚（溶解）于金属内部达某临界值才与张应力协同作用而形成氢脆断裂。也就是说，应分析氢在金属中的溶解度和扩散（迁移）速率。

对于铁、铝、铝合金等大多数金属（镍、锌例外）来说，氢的溶解度随温度升降、碳含量多少、冷变形度大小而增减。此外，晶体结构、显微组织也对溶解度有明显影响。一般情况下（铁除外），氢在面心立方结构金属中的溶解度大于体心立方结构；对钢来说，淬火马氏体中氢的溶解度最小。例如，铁或铝熔炼时从潮湿气氛、未烘干炉体、原料等吸收并溶于金属熔体中的氢在金属凝固后（降温条件）相当大的部分会因溶解度降低而呈过饱和状态保留于金属中。此过饱和的氢可能形成表面起泡和钢中白点等氢脆现象或脱溶而形成氢化物。

至于氢在钢中扩散能力，对于不同材料来说，可存在巨大差异。例如，氢在α-Fe中的扩散能力比其在铝及铝合金中的能力要高好几个数量级（在同样室温条件下）；因此，对钢中含氢可用退火去氢规范来解决，但却不能用于铝及铝合金的情况。即使同一种钢材，若组织状态不同，两者的扩散能力也不同。一般情况下，随着温度上升，扩散能力也提高。例如，用加热的方法使钢中含氢通过扩散逸出表面以防止氢脆时，应使钢在铁素体（α）状态，因这时氢的溶解度小而扩散能力高；反之，若选择钢材处于奥氏体（γ）状态，由于氢的溶解度大而扩散能力又差，所以尽管温度很高，除氢效果并不好。再者，氢在金属中的扩散能力还因其经过冷变形而明显下降。当然，氢的扩散（逸出表面或渗入）能力和金属的表面状态密切相关，也就是与氢在界面上的渗透率相关。通常表面镀层会阻碍氢的渗透，例如镀镉可大大降低渗透率。再如铝表面阳极化后形成的氧化膜或经碱液侵蚀后也会降低渗透率，但如经酸浸处理，可得相反效果。

（2）氢脆的电化学作用 由于电化学反应阴极极化作用后产生了游离状态氢（H），即e+H⁺→H；此游离态（H）被吸附并渗入钢中，如在晶界或缺陷处集聚，析出并结合成分子态氢（H₂），体积骤增，相应压力也剧增，达极限时产生脆性开裂，即为氢脆。(www.xing528.com)

（3）应力因素 氢脆裂纹，常常开始于三向应力最大的表面位置处。这是由于氢易于在应力梯度驱动下，向三向张应力区（如裂纹前沿）集聚——因为氢处于晶格的间隙位置，其到张应力区后可多少降低些晶格被氢胀大后造成的高能量状态。当该工作应力达临界应力时，就产生裂纹。因此，应力越高，越易形核并扩展。上述应力应包括外加工作应力和残余内应力，最不利情况是两者的叠加。

（4）氢脆的金属脆性 脆性表现为金属材料的拉伸延性（断面收缩率）降低、缺口抗拉强度降低以及静载下的滞后断裂，屈服点和光滑试件的拉伸强度以及冲击韧性值等均无明显变化。金属的拉伸延塑性能的降低受影响于氢含量的增高、材料强度的增高、应变速率的降低（对第二类氢脆）。例如，钢中仅溶解很微量（如百万分之几）的氢就足以引起“发纹”。“发纹”实际上是钢中非金属夹杂物、疏松及气孔等在热加工时沿原先的奥氏体晶界发展的纹缕，并具有一定的深度，使材料丧失拉伸延塑性。在横截面上呈现小点或小孔，即所谓“白点”、或“鱼眼”。