大型鍛件氫脆損傷機(jī)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(yùn)行可靠性，是發(fā)展電力、船舶、冶金、石化、重型機(jī)械和國(guó)防等工業(yè)的基礎(chǔ)，是發(fā)展先進(jìn)裝備制造業(yè)的前提。大型鍛件在高溫成形及其降溫過(guò)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(dǎo)致零件突然斷裂，稱(chēng)之為氫脆，是大鍛件質(zhì)量控制中最為危險(xiǎn)和棘手的問(wèn)題。近年來(lái)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(jìn)展，但對(duì)于大鍛件的氫脆問(wèn)題一直沒(méi)有

2、得到很好的解決。為研究氫脆損傷的產(chǎn)生機(jī)理，本文以氫脆敏感性高的合金鋼為研究對(duì)象，采用物理模擬及有限元分析相結(jié)合的方法對(duì)大型鍛件中的氫濃度、氫擴(kuò)散以及氫脆損傷的機(jī)理進(jìn)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(zhǔn)確地測(cè)量鍛件中的氫含量一直是困擾工業(yè)界和科學(xué)界的一項(xiàng)難題。為了對(duì)鍛件中的氫含量及氫濃度分布進(jìn)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(guò)程的擴(kuò)氫計(jì)算有限元模型，分析得到了材料在熱處理過(guò)程中的

3、氫擴(kuò)散規(guī)律。
　　對(duì)于大型鍛件來(lái)說(shuō)整個(gè)熱處理過(guò)程都是在擴(kuò)氫的，為了能時(shí)刻檢測(cè)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(xué)工作站及配套測(cè)試軟件對(duì)不同成分的合金鋼進(jìn)行了氫擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，給出了一種適合于金屬材料氫擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法。
　　為了對(duì)材料的氫脆損傷機(jī)理進(jìn)行研究，通過(guò)充氫實(shí)驗(yàn)使外界的氫原子不斷的向鍛件內(nèi)部擴(kuò)散，并對(duì)試件的緩慢拉伸過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，分析了40Cr和45號(hào)鋼在不同充氫

4、電流和充氫時(shí)間條件下的氫致鼓包的形貌特征、抗拉強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能參數(shù)，以延伸率的變化量為氫脆指標(biāo)對(duì)氫脆程度進(jìn)行度量，且通過(guò)充氫-拉伸實(shí)驗(yàn)和充氫-放置-拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氫致?lián)p傷的不可逆性。
　　為了對(duì)鍛件內(nèi)孔洞的氫壓及氫含量進(jìn)行定量分析，在電化學(xué)充氫實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合有限元方法對(duì)氫鼓包內(nèi)部的氫壓進(jìn)行了反算研究，建立氫濃度與微孔隙氫壓的聯(lián)系，對(duì)氫鼓包的長(zhǎng)大規(guī)律和鼓包內(nèi)氫壓計(jì)算進(jìn)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)