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氢在纯净宽厚板钢中的扩散及对力学性能的影响

作　者: 吕学奇
导　师: 陈业新
学　校: 上海大学
专　业: 材料学
关键词: 纯净钢 氢陷阱 氢扩散 力学性能 白点
分类号: TG142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文利用电解渗氢的方法对纯净钢试样进行阴极充氢，用甘油集气法和电化学释氢的方法测定了充氢纯净钢20g试样中的氢含量；利用双电解池氢渗透技术研究了纯净钢SM490B中氢陷阱、渗氢温度、渗氢电流密度和试样厚度对氢原子扩散行为的作用，并测定了氢原子在纯净钢SM490B中扩散时的扩散参量；通过改变充氢后试样的放置条件或充氢方式，研究了不同形态氢原子对纯净钢SM490B试样力学性能的作用。甘油集气法和电化学释氢法的结果表明：当电流密度一定时，随着预充氢时间的增加，20g试样中的可扩散氢原子的含量均随之增加。而且，可扩散氢原子的含量与预充氢时间的平方根成线性关系。研究发现：在SM490B钢试样中，不可逆氢陷阱对氢原子的表观扩散系数没有影响，但会延长氢原子的穿透时间；而可逆氢陷阱则降低了氢原子的表观扩散系数。当氢渗透电流密度较小时，随着充氢电流密度的增加，氢原子的表观扩散系数随之增加；而当氢渗透电流密度大于临界值（8mA/cm2）后，氢原子在SM490B钢试样中的表观扩散系数保持恒定。在氢渗透温度为30℃时，氢原子在不存在氢陷阱的纯净钢SM490B理想晶格中的扩散系数为3.9710-5cm2/s。氢在SM490B钢试样中的扩散系数与温度的关系符合Arrenhnius关系式，氢原子的扩散激活能为E=23.48kJ/mol。拉伸实验的结果表明：不可扩散氢原子降低了SM490B钢的屈服强度，但降低幅度有限（在10%以内），而可扩散氢原子则提高了SM490B钢的屈服强度。不可扩散氢原子和可扩散氢原子均使SM490B钢的抗拉强度与塑性明显降低。在预充氢时SM490B钢中“白点”的形核过程为，氢原子进入空位团或者晶格缺陷处复合成氢分子，氢分子形成的氢压导致基体产生微裂纹。在拉伸应力作用下，氢原子受到应力诱导将在“白点”周围的基体中富集，导致裂纹扩展，从而使“白点”长大。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-26
  引言  11-12
  1.1 钢中氢扩散及其研究  12-16
    1.1.1 双电解池氢渗透技术  13-14
    1.1.2 氢扩散模型与氢扩散机制  14-16
  1.2 氢脆  16-22
    1.2.1 氢脆的分类  16-18
    1.2.2 氢脆机理  18-21
    1.2.3 影响氢脆的因素  21-22
  1.3 氢对材料力学性能的影响  22-24
    1.3.1 氢对材料塑性的影响  22-23
    1.3.2 氢对材料屈服强度的影响  23-24
    1.3.3 氢对材料极限抗拉强度的影响  24
  1.4 研究意义与内容  24-26
第二章 预充氢试样中氢含量以及释氢行为的研究  26-33
  引言  26
  2.1 实验材料与方法  26-27
  2.2 实验结果与讨论  27-32
    2.2.1 电化学测氢时的氢释放曲线与释氢峰  27-30
    2.2.2 电化学测氢法与甘油集气法的对比  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章 氢在纯净钢 SM490B 中扩散行为的研究  33-47
  引言  33
  3.1 实验材料与方法  33-35
  3.2 实验结果与讨论  35-45
    3.2.1 SM490B 钢中氢陷阱对氢原子扩散系数的影响  35-37
    3.2.2 氢渗透电流密度对 SM490B 钢中氢原子扩散系数的影响  37-41
    3.2.3 试样厚度对 SM490B 钢中氢扩散的影响  41-43
    3.2.4 充氢温度对 SM490B 钢中氢原子扩散系数的影响  43-45
  3.3 本章小结  45-47
第四章 氢对 SM490B 钢性能与组织的影响  47-67
  引言  47
  4.1 实验材料与方法  47-49
  4.2 实验结果与讨论  49-66
    4.2.1 不可扩散氢原子对试样力学性能的作用  51-54
    4.2.2 可扩散氢原子对试样力学性能的作用  54-56
    4.2.3 动态充氢时氢原子对 SM490B 钢力学性能的影响  56-60
    4.2.4 静态拉伸过程中“白点”的形成与扩展  60-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 结论  67-68
参考文献  68-75
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文  75-76
作者在攻读硕士学位期间所作的项目  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 钢 > 钢的组织与性能
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