1·1 氢的吸附和进入 1
1·1·1 气体氢 1
1.气体氢的分解 1
第一章 氧在金属中的状态 1
2.气体氢的吸附 2
3.氢的进入 5
1·1·2 阴极充氢 6
1.充氢时氢的进入 6
2.影响充氢量的因素 7
1·2 构件和试样中的氢 10
3.毒化作用 10
1·2·1 构件中的氢 12
1.冶炼时进入的氢 12
2.酸洗和电镀引入的氢 13
3.焊接过程进入的氢 16
4.环境提供的氢 17
1·2·2 充氢技术 18
1.电解质溶液充氢 18
2.熔盐充氢 19
1.各种浓度的定义 20
1·3·1 氢浓度的表示法 20
3.气相充氢 20
1·3 氢在金属中的溶解度 20
2.各种浓度单位的换算 21
1·3·2 氢在金属中的溶解度 22
1.Sieverts定律 22
2.溶解度随温度的变化 22
3.氢在B组金属中的溶解度 25
1·3·3 影响氢溶解度的因素 27
1.晶体结构对氢溶解度的影响 27
2.合金元素对氢溶解度的影响 28
1.氢的三和形态 29
1·4 氢引起的点阵变化 29
1·4·1 氢在金属中的存在形式 29
2.氢的其他存在形式 30
1·4·2 氢原子的应变场 32
1.原子氢所占据的位置 32
2.氢原子周围的应变场 33
3.氢致点阵常数变化 34
1·4·3 氢的偏摩尔体积 35
1.偏摩尔体积的测量方法 35
2.氢在金属中的偏摩尔体积 37
1·5·1 陷阱的本质和分类 38
1.陷阱的本质 38
1·5 氢陷阱 38
2.陷阱的分类 39
1·5·2 用氟示踪和内耗研究氢陷阱 41
1.氚示踪法 41
2.氢引起的内耗 42
1·5·3 金属中的氢陷阱 42
1.钢中氢陷阱的参数 42
2.面心立方金属中的氢陷阱 44
3.陷阱对氢溶解度的影响 44
文献 47
2·1·1 扩散方程及其解 50
1.扩散方程 50
2·1 氢的扩散 50
第二章 氧的扩散和迁移 50
2.扩散方程的解 51
2·1·2 氢在金属中的扩散机构 54
1.正常扩散 54
2.异常扩散 55
2·1·3 应力诱导扩散 57
1.化学位梯度引起的扩散 57
2.应力诱导扩散 58
3.应力作用下氧的平衡浓度 59
1.基本原理 63
2·2 氧渗透 63
2·2·1 氢渗透实验 63
2.测试技术 65
1.氢的渗透率 66
2.影响氢渗透的因素 67
2·2·2 渗透率及其影响因素 68
2·3 氢的扩散系数 73
2·3·1 测量扩散系数的方法 73
1.滞后时间法 73
2.测量扩散系数的其它方法 75
1.表观扩散系数 76
2·3·2 氢陷阱和表观扩散系数 76
2.用氢渗透测陷阱参数 79
2·3·3 氢的扩散系数及影响因素 80
1.扩散常数和激活能 81
2.影响扩散系数的因素 84
2·4 氢的迁移 87
2·4·1 氢迁移的实验研究 87
2·4·2 氢迁移和富集的理论 90
1.氢被位错迁移的距离 90
文献 96
2.氢对高纯铁流变应力的影响 98
3·1·1 氢对纯铁流变应力的影响 98
1.氢致软化和硬化 98
第三章 氢对材料性能的影响 98
3·1 氢对强度的影响 98
2.迁移引起的氢富集 99
3.氢致软化和硬化的原因 103
3·1·2 氢对材料强度性能的影响 110
1.氢对屈服点的影响 110
2.氢对钢的屈服强度的影响 111
3.氢对弹性模量和硬度的影响 113
4.氢对拉伸强度的影响 116
5.氢对冲击韧性的影响 117
1.氢致表观屈服应力下降 118
3·1·3 氢对表观屈服应力的影响 118
2.影响氢致表观屈服应力下降的因素 121
3·2 氢对塑性的影响 124
3·2·1 氢致塑性损失(氢脆) 124
3·2·2 影响氢致塑性损失的因素 127
1.氢含量对氢致塑性损失的影响 127
2.温度和应变速度对氢致塑性损失的影响 129
3.强度和组织结构对氢致塑性损失的影响 133
3·3 氢对材料物理性能的影响 138
3·3·1 充氢产生的内应力 138
3·3·2 氢对磁性的影响 139
3·3·3 氢对电阻的影响 141
文献 143
第四章 氢致不可逆损伤 146
4·1 钢中白点 146
4·1·1 白点的特征及其影响因素 146
1.白点及其特征 146
2.影响白点产生的因素 147
4·1·2 白点产生的机理 150
1.白点的形核和扩展 150
2.形成白点的机理 151
4·1·3 白点的预防 152
1.钢液真空处理 152
2.等温退火 154
4·2 高温氢腐蚀 155
4·2·1 高温氢腐蚀的特征和影响因素 155
1.表面脱碳 155
2.氢腐蚀 155
3.影响氢腐蚀的因素 158
4·2·2 氢腐蚀理论 159
1.甲烷气泡内的压力 159
2.氢腐蚀的孕育期 160
3.孕育期的理论计算 162
4·2·3 改善氢腐蚀的途径 164
4·3·1 氢化物及其特征 167
1.Ti、V等金属中的氢化物 167
4·3 金属氢化物 167
2.Fe、Ni及其合金中的氢化物 169
3.氢化物的惯习而 171
4.氢化物析出引起的弹塑性畸变 171
4·3·2 氢化物导致的脆性 174
1.应力感生氢化物 174
2.氢化物引起的脆性 176
4·4 氢致马氏体相变和氢沉淀 178
4·4·1 氢致马氏体相变 178
1.马氏体相变及其特征 178
2.氢致马氏体相变的特征 179
3.氢致马氏体柑变的机理 182
4·4·2 氢沉淀 183
1.单晶硅中的氢沉淀 183
2.铝合金中的氢沉淀 183
文献 186
第五章 氢诱发裂纹和氢致滞后裂纹 189
5·1 氢诱发裂纹 189
5·1·1 氢诱发裂纹和氢致滞后裂纹 189
1.氢诱发裂纹 189
2.应力诱导氢致滞后裂纹 189
5·1·2 电解充氢过程中的氢诱发裂纹 190
1.钢铁中的氢诱发裂纹 190
3.氢诱发裂纹和滞后裂纹的区别 190
2.奥氏体不锈钢的氢诱发裂纹 194
5·1·3 管道钢在H2S中的氢诱发裂纹 194
1.H2S诱发裂纹的特征 195
2.夹杂对H2S诱发裂纹的影响 195
3.成分对H2S裂纹的影响 197
4.组织结构对H2S裂纹的影响 199
5·2 高强度钢的氢致滞后断裂 201
5·2·1 氢致滞后断裂的一般规律 201
1.衡量氢致滞后断裂的参量 201
2.门槛应力场强度因子KIH的麦达式 203
1.环境的影响 206
5·2·2 影响氢致滞后断裂的因素 206
2.强度的影响 213
3.成分的影响 216
4.显微组织的影响 218
5.缺口曲率半径的影响 223
5·2·3 氢致滞后断裂的断口形貌 227
1.K1和环境对断口的影响 227
2.杂质对断口的影响 230
5·2·4 扭转应力下的氢致滞后断裂 231
1.Ⅱ型试样的氢致滞后断裂 231
2.无裂纹扭转试样的氢致滞后断裂 233
3.剪应力场和氢的交互作用 234
1.低强度钢的韧断 237
5·3 低强度钢的氢致断裂 237
5·3·1 低强度钢的氢致韧断 237
2.氢对低强度钢韧断的影响 241
5·3·2 低强度钢的氢致脆性断口 246
1.低强度钢的氢致准解理断口 246
2.低碳钢的氢致沿晶断口 247
5·3·3 低强度钢的氢致滞后断裂 247
1.低碳钢的氢致滞后断裂 247
2.纯铁的氢致滞后断裂 248
3.低强度钢滞后断裂的断口形貌 248
文献 251
6·1·1 氢压理论 254
1.氢压理论概述 254
第六章 氢致开裂机理 254
6·1 氢致脆性断裂理论 254
2.氢压理论适用范围 257
3.氢压理论的评述 259
6·1·2 氢降低结合键理论(弱键理论) 260
1.弱键理论的数学表达式 260
2.键合力减弱的物理本质 266
3.弱键理论的评述 268
6·1·3 吸附降低表面能理论 270
1.吸附理论的效学麦达式 270
2.修正的吸附理论 272
3.吸附理论的评述 273
6·1·4 和位错运动有关的氢脆理论 275
1.氢气团钉扎理论 275
2.氢迁移导致开裂的理论 275
6·2 氢促进局部塑性变形导致脆断的理论 276
6·2·1 氢致滞后塑性变形的实验观察 277
1.氢致滞后塑性变形和滞后裂纹 277
2.氢致滞后塑性变形的微观研究 281
1.氢降低屈服强度理论 283
2.氢促进位错增殖和运动的理论 283
6·2·2 氢致滞后塑性变形的机理 283
3.气团理论 284
6·2·3 氢致滞后塑性变形和氢脆 285
6·3 氢致裂纹扩展的动力学 288
6·3·1 裂纹扩展的控制过程和氢致开裂理论 288
1.裂纹扩展的控制过程 288
2.动力学过程和氢致开裂机理 289
6·3·2 裂纹扩展速率表达式 290
1.扩展过程控制的da/dt 290
2.迁移和碰撞过程控制的da/dt 293
3.吸附过程控制的da/dt 295
4.da/dt控制过程的竞争和转化 298
文献 301
7·1 不锈钢的氢脆 304
7·1·1 奥氏体不锈钢的氢致塑性损失 304
1.一般特征 304
第七章 不锈钢、铝合金及钛合金的氢脆 304
2.影响不锈钢氢致塑性损失的因素 308
7·1·2 奥氏体不锈钢的氧致滞后断裂 317
1.18-8型不锈钢的滞后断裂 317
2.稳定型不锈钢的滞后断裂 321
3.臭氏体不锈钢氢致开裂的机构 323
7·2·1 铝合金的氢致塑性损失 325
1.铝合金氢脆的一般特征 325
7·2 高强度铝合金的氢脆 325
2.影响氢致塑性损失的因素 332
7·2·2 铝合金的氢致滞后开裂 336
1.氢致开裂的实验研究 336
2.铝合金氢致开裂的机理 339
7·3 钛合金的氢脆 341
7·3·1 钛合金的氢致塑性损失 341
1.钛中的氢 341
2.α-Ti的氢致塑性损失 343
3.(α+β)复相钛合金的氢致塑性损失 344
4.β-Ti合金的氢致塑性损失 347
1.钛合金氢致滞后断裂的特征及影响因素 348
7·3·2 钛合金的氢致滞后断裂 348
2.钛合金氢致断裂的机理 352
文献 354
第八章 应力腐蚀和氢的作用 357
8·1 应力腐蚀的机理 357
8·1·1 应力腐蚀的一般概念 357
1.应力腐蚀的特征 357
2.压应力产生的应力腐蚀 359
8·1·2 阳极溶解和氢致开裂 361
1.应力腐蚀的可能机理 361
2.滑移—溶解机理 364
3.应力腐蚀的氢致开裂机理 370
8·1·3 应力腐蚀机理研究方法 374
1.电化学研究 374
2.应力状态对应力腐蚀敏感性的研究 377
3.激活能研究 379
4.裂纹扩展跟踪研究 380
8·2 高强度钢在水介质中的应力腐蚀 382
8·2·1 高强度钢的应力腐蚀机理 382
1.电化学论据 382
2.裂纹形核和扩展的直接观察 386
3.断口形貌研究 388
1.强度级别对应力腐蚀的影响 389
8·2·2 高强度钢水介质应力腐蚀的一般特征 389
2.成分对应力腐蚀的影响 390
3.显微结构对应力腐蚀的影响 392
8·3 低碳钢在浓碱和硝盐中的应力腐蚀 394
8·3·1 低碳钢的碱脆 394
1.一般特征 394
2.环境对低碳钢碱脆的影响 396
3.成分和组织对碱脆的影响 397
8·3·2 低碳钢在硝酸盐中的应力腐蚀 398
1.一般特征 398
2.环境对硝酸盐应力腐蚀的影响 398
3.成分和组织对硝酸盐应力腐蚀的影响 402
8·3·3 低碳钢在其他介质中的应力腐蚀 404
1.碳酸盐溶液 404
2.液态氨 404
3.H2O-CO-CO2环境 405
8·3·4 低碳钢应力腐蚀的机理 405
1.氢致开裂机理 405
2.特殊离子的吸附机理 406
3.阳极溶解机理 407
8·4 奥氏体不锈钢的应力腐蚀 408
8·4·1 不锈钢应力腐蚀概述 408
1.应力腐蚀体系 409
2.门槛应力和门槛应力场强度因子 411
1.环境对应力腐蚀的影响 413
8·4·2 影响不锈钢应力腐蚀的因素 418
2.合金成分对应力腐蚀的影响 418
3.组织结构对应力腐蚀的影响 421
8·4·3 不锈钢应力腐蚀机理 423
1.氢致开裂机理 423
2.滑移溶解机理 427
8·5 铝合金的应力腐蚀 430
8·5·1 铝合金应力腐蚀的特征 430
1.概述 430
2.应力腐蚀体系 431
3.应力腐蚀的取向依赖关系 435
8·5·2 影响铝合金应力腐蚀的因素 437
1.环境因素对应力腐蚀的影响 437
2.成分和显微结构对应力腐蚀的影响 439
8·5·3 铝合金应力腐蚀的机理 445
1.阳极溶解机理 445
2.氢致开裂机理 446
8·6 钛合金的应力腐蚀 450
8·6·1 钛合金应力腐蚀的特征 450
1.应力腐蚀体系 450
2.力学因素对应力腐蚀的影响 452
1.水介质 454
8·8·2 环境对钛合金应力腐蚀的影响 454
2.有机溶剂 457
3.热盐和熔盐 458
4.N2O4和发烟硝酸 459
5.气体环境 459
8·6·3 冶金因素对钛合金应力腐蚀的影响 460
1.成分对应力腐蚀的影响 460
2.组织结构对应力腐蚀的影响 461
8·6·4 钛合金应力腐蚀机理 463
1.阳极溶解机理 463
2.氢致开裂机理 465
文献 467
第九章 氢脆和滞后断裂研究方法 472
9·1 力学参量测试 472
9·1·1 塑性损失和门槛应力的测试 472
1.氢致塑性损失参数的测试 472
2.恒应变速率下的塑性损失 472
3.门槛应力的测试 474
9·1·2 门槛应力场强度因子(KIH域KISCC)的测试 475
1.恒载荷试样 475
2.恒位移试样 481
3.重量裂纹试样 487
4.取样和标记 488
9·2 动力学参数测试 489
9·2·1 滞后断裂时间的测试 489
1.无裂纹拉伸试样 489
2.自加载试样 490
9·2·2 滞后裂纹扩展速率da/dt的测试 492
1.裂纹长度的测量 492
2.da/dt测试 495
9·3 研究氢脆的近代物理方法 497
9·3·1 穆斯堡尔谱及其在氢脆研究中的应用 497
1.穆斯堡尔谱 497
2.穆斯堡尔参数 500
3.穆斯堡尔谱仪 503
4.穆斯堡尔谱学在氢脆研究中的应用 504
9·3·2 正电子湮没及其在氢脆研究中的应用 506
1.正电子湮没 506
2.寿命谱测量 507
3.角关联和多普勒展宽 510
4.各种缺陷的正电子湮没特征 512
5.正电子湮没在氢脆研究中的应用 513
文献 516
附录Ⅰ 本书所用单位的换算 518
附录Ⅱ 本书所涉及的结构钢的成分 520