鈦合金氫脆的失效分析

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1、鈦合金氫脆的失效分析摘要：氫脆是鈦合金在使用過程中失效的主要原因之一，它嚴重影響著鈦合金的生產(chǎn)和應用。本文主要介紹了鈦合金氫脆的機理、影響因素、預防措施及應用等進行了闡述，并對存在的問題和發(fā)展前景進行探討。關(guān)鍵詞：鈦合金，氫脆，機理，影響因素，預防措施FailureanalysisoftitaniumalloystohydrogenembrittlementABSTRACT：Hydrogenembrittlementisoneofthemainreasonsforfailureoftitaniumalloyinthecourseofitaseriousimp

2、actonthetitaniumalloyproductionandapplications.Thispaperdescribesthemechanismofthetitaniumalloytohydrogenembrittlement,influencingfactors,preventivemeasuresandapplicationsaredescribedandtheproblemsandprospectstoexplore.KEYWORDS：Titaniumalloys,hydrogenembrittlement,influencingfactor

3、s,preventivemeasures引言由于鈦合金優(yōu)良的比強度、剛性和耐腐蝕性能以及它們在高溫下的良好性能，而成為廣泛地用于航空、航天、化工、石油、冶金、輕工、電力、海水淡化、艦艇和日常生活器具等[1]工業(yè)生產(chǎn)中，被譽為現(xiàn)代金屬。但是，當這些合金與含氫環(huán)境———————————————————————————————————————————————接觸時，鈦合金和氫之間的相互作用便會產(chǎn)生極端和嚴重的問題，造成脆化或開裂，形成氫脆。氫脆是石油、天然氣、化工、冶金、航空、航天、核工業(yè)、能源等部門機械失效的主要原因之一，因此備受人們的重視，對其行為、規(guī)律、機理

4、和控制進行了廣泛的研究，并取得了豐富的成果。1鈦合金氫脆的機理氫脆(hydrogenembrittlement)是指氫原子(H)侵人材料內(nèi)部并且在一些晶格缺陷聚集[2]巾形成氫分子(H2)，體積膨脹導致材料內(nèi)部破裂。造成材料氫脆的氫原子來源很多，在這些氫原子來源中，有的是材料加工或制造過程無意產(chǎn)生的。1.1氫與鈦的相互作用氫一鈦間的相互作用，主要是氫在鈦的α和β相溶解度的變化和形成氫化物，對于不同鈦合金，氫對其的影響也不一樣。氫和鈦的相互作用，隨著直接由β相形成的僅+氫化物相而發(fā)生一簡單的共析轉(zhuǎn)變形式，。。。氫對β相區(qū)強烈穩(wěn)定的影響導致α一β轉(zhuǎn)變溫度從882

5、C下降到300C的一共析溫度。在600C以上的高溫下，氫在β相中的最終溶解度(未形成氫化物相)可高達50at.％。然而，在α相中，300℃下氫的最終溶解度只有近7at.％，并且隨溫度下降而快速下降。在第Ⅳ族過渡金屬中，氫趨向于占據(jù)四面體間隙位置。結(jié)果，由于相對開放的體心立方(bcc)———————————————————————————————————————————————結(jié)構(gòu)造成了β鈦中氫較高的溶解度及快速擴散(尤其在高溫下)，此bcc結(jié)構(gòu)由12個四面體和6個八面體間隙構(gòu)成。相比之下,α鈦的密排六方(hcp)晶格則只有4個四面體和2個八面體間隙位置。采用

6、LECORH一404定氫儀測定經(jīng)形變熱處理后獲得兩種不同顯微組織一雙相和完全片狀組織的Ti一6A1—4V合金在不同注入條件下電化學加氫后的氫含量。比較電化學加氫后在雙相和完全片狀組織的Ti一6A1—4V合金中的吸氫情況，發(fā)現(xiàn)不管注入條件如何，片狀組織合金中所吸收的氫濃度總是高于雙相組織中的。因為氫在β相中的擴散速率比在α相中的大幾個數(shù)量級，所以具有更為連續(xù)的β相的顯微組織，諸如完全片狀的顯微組織將比β相不連續(xù)的顯微組織，諸如雙相顯微組織中細的等軸α吸收更多的氫。提高外加電流密度導致兩種材料的氫濃度更高，但完全片狀組織的合金吸收的氫還是更多些。[3]通過實驗發(fā)

7、現(xiàn)在室溫下鈦的氫化物氫化鈦有3種不同的類型，即δ、ε和γ。隨著氫原子占據(jù)四面體間隙位置(CaF2結(jié)構(gòu))，δ一氫化物(TiHχ)具有面心立方晶格，而δ一氫化物的非化學計量系數(shù)X范圍很大1.5—1.99)。在氫濃度高時(x≥1.99)，δ一氫化物便從無擴散型的轉(zhuǎn)變成面心四方(fct)結(jié)構(gòu)(37~C以下c/a≤1)的ε一氫化物。而在氫濃度低時(1—3at.％)，便形成c/a>1的fct結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)態(tài)γ一氫化物。在γ一氫化物結(jié)構(gòu)中，氫原子占據(jù)了1/2的四面體間隙位置。1.2鈦合金氫脆的機理—————————————————————————————————————

8、——————————鈦發(fā)生氫脆的過程實質(zhì)上就是氫在鈦