大型鍛件氫脆損傷機理的研究.pdf

1、大型鍛件制造是重大裝備制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，其質(zhì)量直接影響到重大裝備的整體水平和運行可靠性，是發(fā)展電力、船舶、冶金、石化、重型機械和國防等工業(yè)的基礎(chǔ)，是發(fā)展先進裝備制造業(yè)的前提。大型鍛件在高溫成形及其降溫過程中，由于氫析出并偏聚于鍛件內(nèi)部的微缺陷中，所產(chǎn)生的內(nèi)高壓和微裂紋極易導致零件突然斷裂，稱之為氫脆，是大鍛件質(zhì)量控制中最為危險和棘手的問題。近年來的研究成果雖然在熱－力－微觀組織耦合方面取得了一些新的進展，但對于大鍛件的氫脆問題一直沒有

2、得到很好的解決。為研究氫脆損傷的產(chǎn)生機理，本文以氫脆敏感性高的合金鋼為研究對象，采用物理模擬及有限元分析相結(jié)合的方法對大型鍛件中的氫濃度、氫擴散以及氫脆損傷的機理進行了綜合研究。
　　由于氫原子是自然界中質(zhì)量最輕和半徑最小的原子，想要準確地測量鍛件中的氫含量一直是困擾工業(yè)界和科學界的一項難題。為了對鍛件中的氫含量及氫濃度分布進行研究，本文利用有限元方法建立了大型鍛件鍛后熱處理過程的擴氫計算有限元模型，分析得到了材料在熱處理過程中的

3、氫擴散規(guī)律。
　　對于大型鍛件來說整個熱處理過程都是在擴氫的，為了能時刻檢測鋼中氫的含量，必須要掌握鋼中氫的滲透速率。本文以菲克第二定律為依據(jù)，利用電化學工作站及配套測試軟件對不同成分的合金鋼進行了氫擴散系數(shù)的測定實驗，給出了一種適合于金屬材料氫擴散系數(shù)測定的實驗方法。
　　為了對材料的氫脆損傷機理進行研究，通過充氫實驗使外界的氫原子不斷的向鍛件內(nèi)部擴散，并對試件的緩慢拉伸過程進行數(shù)據(jù)記錄，分析了40Cr和45號鋼在不同充氫

4、電流和充氫時間條件下的氫致鼓包的形貌特征、抗拉強度、延伸率等力學性能參數(shù)，以延伸率的變化量為氫脆指標對氫脆程度進行度量，且通過充氫-拉伸實驗和充氫-放置-拉伸實驗驗證了氫致?lián)p傷的不可逆性。
　　為了對鍛件內(nèi)孔洞的氫壓及氫含量進行定量分析，在電化學充氫實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合有限元方法對氫鼓包內(nèi)部的氫壓進行了反算研究，建立氫濃度與微孔隙氫壓的聯(lián)系，對氫鼓包的長大規(guī)律和鼓包內(nèi)氫壓計算進行研究，用以解決金屬材料中的微孔隙或氫偏聚區(qū)往往位于零件內(nèi)