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第一章 引言1

参考文献3

第二章 金属氢脆的理论基础4

2.1 氢在金属表面的吸附现象5

2.1.1 单分子层吸附理论7

2.1.2 多分子层吸附理论及多种分子的吸附9

2.2 氢在金属中的溶解10

2.2.1 氢在金属中的溶解度11

2.2.2 氢在金属中的浓度表示法12

2.2.3 氢在铁及其合金中的溶解度13

2.3 氢在金属中的状态16

2.4 氢在金属中的扩散19

2.4.1 氢的扩散过程20

2.4.2 典型情况下扩散方程的解21

2.4.3 氢在金属中的扩散机理24

2.4.4 氢扩散的驱动力26

2.5 氢渗透27

2.5.1 渗透通量的测量与扩散率的计算28

2.5.2 氢在奥氏体不锈钢中渗透的试验结果31

2.5.3 试样表面状态对氢渗透的影响34

2.5.4 冷、热加工对氢渗透的影响35

2.5.5 金属表面镀层对氢渗透的影响38

参考文献40

第三章 金属的氢脆42

3.1 氢对金属材料机械性能的影响42

3.1.1 氢对金属材料弹性模量的影响42

3.1.2 氢对金属材料强度极限的影响43

3.1.3 氢对金属材料屈服极限的影响45

3.1.4 氢对金属材料冲击韧性的影响47

3.1.5 氢对金属材料延伸率的影响49

3.1.6 氢对金属材料断面收缩率的影响51

3.1.7 氢对金属材料疲劳极限的影响54

3.1.8 氢对金属材料断裂韧性的影响56

3.2.1 氢气纯度的影响58

3.2 试验条件对氢脆的影响58

3.2.2 氢气压力的影响62

3.2.3 温度的影响65

3.2.4 应变速率的影响69

3.2.5 应力集中系数的影响71

3.3 不同金属的氢损减及工艺因素的影响74

3.3.1 不同金属的氢损减和化学成分的影响74

3.3.2 热处理对金属抗氢性能的影响81

3.3.3 冷、热加工对金属抗氢性能的影响85

3.4 氢脆机理86

3.4.1 氢化物致脆机理87

3.4.2 不形成氢化物的氢致脆化机理89

参考文献96

第四章 材料氢脆试验方法98

4.1.1 几种常用的氢脆试验方法99

4.1 材料氢脆试验方法概述99

4.1.2 氢脆试样的充氢101

4.1.3 金属中氢含量的测定103

4.1.3.1 金属中氢的提取104

4.1.3.2 金属中氢的定量测定106

4.1.4 环境氢试验系统的清洗109

4.1.5 氢脆试验结果的表达与应用109

4.2 氢脆拉伸试验110

4.2.1 拉伸试验中的氢脆判据111

4.2.2 拉伸试验的试样112

4.2.3 拉伸试验用容器112

4.2.4 氢脆拉伸试验中试验因素的控制114

4.3 氢致滞后断裂与试验116

4.3.1 氢致滞后断裂116

4.3.2 氢致滞后断裂临界应力σth测试方法119

4.3.3 氢致滞后断裂临界应力强度因子Kth的测试120

4.3.3.1 恒载荷悬臂梁弯曲试样测量材料的Kth121

4.3.3.2 恒载荷单边裂纹拉伸试样测量材料的Kth123

4.3.3.3 恒位移法测定材料的Kth124

4.3.4 氢致滞后裂纹扩展速率的测量129

4.4 圆盘压力试验132

4.4.1 圆盘压力试验概述132

4.4.2 圆盘压力试验的试样及系统135

4.4.3 圆盘压力试验过程与氢脆判据137

4.4.4 圆盘压力试验的力学基础139

4.4.4.1 圆盘的变形与应力139

4.4.4.2 氢压下圆盘的失效分析146

4.4.5 圆盘压力试验的应用147

4.4.5.1 杂质气体对氢脆的抑制147

4.4.5.2 氢分压对圆盘氢脆的影响148

4.4.5.3 环境温度对圆盘氢脆的影响149

4.4.5.4 应变速率对圆盘氢脆的影响151

4.4.5.5 圆盘在氢作用下的延迟破坏152

4.4.5.6 圆盘在低周疲劳载荷作用下的破坏153

4.4.5.7 材料中微缺陷对圆盘压力试验结果的影响155

4.4.6 部分材料的圆盘压力试验结果163

参考文献166

第五章 环境氢脆试验中的主要技术问题168

5.1 环境氢脆试验用氢的纯度168

5.2 氢的净化169

5.2.1 钯膜(管)加热扩散净化169

5.2.2 分子筛吸附净化171

5.2.3 贮氢合金选择性吸氢净化174

5.3 氢气中痕量杂质气体分析176

5.3.1 气相色谱法简介176

5.3.2 氢中多种杂质组分的分析方法177

5.3.3 以氦为载气的直接进样气相色谱法178

5.3.3.1 分析流程及说明178

5.3.3.2 氢中杂质组分的色谱图及其操作条件181

5.3.3.3 定性分析183

5.3.3.4 定量分析184

5.4 氢的增压185

5.4.1 膜压机增压185

5.4.2 贮氢金属增压186

5.4.3 热泵增压188

5.4.4 其它增压装置189

5.5 高压氢系统的设计190

5.5.1 化学床氢源系统190

5.5.1.1 低压化学床190

5.5.1.2 高压化学床193

5.5.2 膜压机高压氢源系统195

5.5.3 高压氢源系统中的材料、密封与配件196

5.5.3.1 高压氢源系统中的钢材196

5.5.3.2 高压氢容器的密封198

5.5.3.3 高压超低漏阀门201

5.5.3.4 压力测量203

5.5.3.5 管路接头206

参考文献207

第六章 环境氢脆试验中的安全与防护208

6.1 氢的特性208

6.1.1 氢的物理化学性质208

6.1.2 氢的状态方程210

6.1.3 氢的爆炸当量216

6.2 氢的安全防护217

6.2.1 防止氢的渗漏217

6.2.2 防止氢与空气(或氧)的混合218

6.2.3 防止火源的产生218

6.2.4 防止高压系统的强度破坏218

6.2.5 工作场听的防火防爆要求219

6.2.6 氢爆燃时的应急处理219

参考文献219

附表 本书中涉及的金属材料国内外牌号对照及化学成分220