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作者：

梁阳

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摘要：

大型锻件是重大装备中的基础部件,其生产能力和技术水平是一个国家重工业发展水平的主要标志之一。大型锻件在高温成形及其降温过程中,由于氢析出并偏聚于锻件内部的微缺陷中,所产生的内高压和微裂纹极易导致零件突然断裂,称之为氢脆,是大锻件质量控制中最为危险和棘手的问题。为研究氢脆损伤的产生机理,本文以氢脆敏感性高的合金钢为研究对象,采用物理模拟及有限元分析相结合的方法对大型锻件中的氢扩散以及氢脆损伤的机理进行了研究。本文首先对目前常用的氢脆机理和两种常用的氢扩散模型进行了介绍,同时对氢扩散模型的本构方程经行了离散化推导。其次,对于大型锻件来说,整个热处理过程都是在扩氢的,为了能时刻检测钢中氢的含量,必须要掌握钢中氢的渗透速率。本文以菲克第二定律为依据,利用电化学工作站及配套测试软件对不同成分的合金钢进行了氢扩散系数的测定实验,给出了一种适合于金属材料氢扩散系数测定的实验方法。此外,还对Cr含量不同的两种合金钢进行了电化学充氢拉伸实验,以延伸率的变化量为氢脆指标对氢脆程度进行度量,分析了Cr含量对合金钢氢脆敏感性的影响。且通过充氢-拉伸实验和充氢-放置-拉伸实验验证了氢致损伤的不可逆性。最后,为了对锻件内孔洞的氢压及氢含量进行定量分析,在电化学充氢实验的基础上结合有限元方法对氢鼓包内部的氢压进行了反算研究,建立氢浓度与微孔隙氢压的联系,对氢鼓包的长大规律和鼓包内氢压计算进行研究,用以解决金属材料中的微孔隙或氢偏聚区往往位于零件内部且很难进行直接测量的问题。

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关键词：

大锻件；氢扩散系数；氢脆；电化学；氢鼓包

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1016.764855