每日科技名词|氢脆

hydrogenembrittlement

定义：钢件热处理时，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，导致韧度降低和延时断裂强度降低的现象。

学科：机械工程_机械制造工艺与设备_热处理_热处理缺陷

相关名词：延迟氢脆 氢脆敏感性 氢脆断裂

【延伸阅读】

氢脆是金属中的氢所导致的材料韧性降低并产生脆性断裂的现象。金属中的氢从哪里来？它如何能够导致材料断裂？防护的对策又是什么？这些都是我们关注的问题。

根据氢的来源不同，可将氢脆分为内部氢脆和环境氢脆。前者的氢来自金属材料加工过程中所吸收的氢，例如金属的酸洗，酸与金属发生析氢反应，产生的氢原子就扩散到材料内部；后者的氢来自周围环境中所吸收的氢，例如储氢罐，金属构件本身就处于富含氢气的环境中。

那么这些小小的氢原子又是如何导致材料断裂的呢？钢在冷却过程中，氢的溶解度不断减小，来不及析出的氢原子在其内部扩散游移，它们发现了孔隙、微裂纹等材料内部缺陷（这是必然存在且不可避免的），就在此聚集形成氢气分子，同时导致周围氢原子浓度减小。在浓度差的作用下，远处的氢原子也向此靠拢，聚合成更多的氢气分子，形成了一个正反馈。随着氢气越来越多，氢气团的体积与压力也不断增大，足以把材料局部撕裂而产生微裂纹，宏观表现便是钢中的白点（如果靠近材料表面，就会形成鼓泡）。此时钢材的断裂韧性就大大减小，即使其服役环境中的应力水平远小于其断裂强度，也很容易发生断裂。这就是早期的“氢压理论”。

了解了这些之后，我们就可以有针对性地提出防护对策了。首要的是减少材料中的氢原子浓度，这就需要“开流节源”，如将钢水缓慢冷却以使氢原子能够充分析出，或施加表面涂层以阻隔氢原子向材料内部扩散。随着氢脆机理以及金属材料加工工艺研究的深入，科学家们进一步提出可以从力学因素（即减小材料的残余拉应力）和材料因素（即优化冷热加工工艺、细化晶粒）等方面来减小氢脆产生的影响。