本發(fā)明涉及金屬材料氫脆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，更具體地說，涉及一種獲得金屬材料延遲開裂門檻氫濃度及應(yīng)力試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、氫脆是金屬材料發(fā)生失效重要方式之一，氫脆存在如下幾個(gè)顯著特征：(1)惡化力學(xué)性能，特別是會(huì)顯著降低伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；(2)改變斷裂機(jī)制，形成不同的斷口形貌，主要表現(xiàn)為隨材料中氫濃度的提高，斷裂模式由延性韌窩斷裂向脆性解理或沿晶斷裂轉(zhuǎn)變；(3)斷裂發(fā)生突然，無明顯征兆，因而往往引起嚴(yán)重后果。

2、金屬材料在生產(chǎn)、加工及使用過程中均可能發(fā)生氫脆，擴(kuò)散氫是導(dǎo)致金屬發(fā)生氫脆的關(guān)鍵因素之一，金屬基體中擴(kuò)散氫濃度越高，金屬材料氫脆風(fēng)險(xiǎn)越大。近年來，隨著汽車工業(yè)輕量化發(fā)展，高強(qiáng)汽車用鋼應(yīng)用越來越廣泛，高強(qiáng)鋼強(qiáng)度也越來越高，發(fā)生氫脆風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。擴(kuò)散氫是導(dǎo)致高強(qiáng)鋼發(fā)生氫脆核心因素，高強(qiáng)鋼在冶煉、酸洗、電鍍、焊接等生產(chǎn)階段以及隨后在用戶加工使用過程中，都不可避免引入氫。氫在鋼以兩種狀態(tài)存在，一種是以不可擴(kuò)散氫形式存在，另一種以可擴(kuò)散氫的形式存在?？蓴U(kuò)散氫可以在鋼中擴(kuò)散、在缺陷、晶界等處富集，可擴(kuò)散氫與應(yīng)力等相互作用是超高強(qiáng)鋼發(fā)生氫脆及延遲斷裂的主要原因。

3、目前針對(duì)高強(qiáng)鋼氫脆評(píng)價(jià)試驗(yàn)國(guó)內(nèi)尚沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)主要主機(jī)廠采用標(biāo)準(zhǔn)有馬自達(dá)的《hydrogen?embrittlement?eval.》材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)高強(qiáng)鋼板材以及高強(qiáng)鋼焊接部分進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過u型、v型試樣進(jìn)行電沉積后觀察是否裂紋產(chǎn)生，隨后通過tda的方法對(duì)試樣進(jìn)行可擴(kuò)散氫含量測(cè)試。通用汽車《sep?1970hydrogen?cracking?test》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要是將試樣加工為u型試樣后進(jìn)行720h放置，之后觀察是否有裂紋產(chǎn)生。同時(shí)制作帶孔拉伸試樣進(jìn)行拉伸，拉伸力為屈服強(qiáng)度，進(jìn)行96h拉伸后觀察試樣是否發(fā)生斷裂。特斯拉《tm-2011rev?06steel,rolled?product-sheet?and?strip》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求根據(jù)特斯拉公司材料要求，高強(qiáng)鋼需要通過300h鹽酸浸泡測(cè)試。日產(chǎn)《hcl?test?procedurefor?u-bend?test?samples?for?nissan?approval》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要是通過對(duì)高強(qiáng)鋼施加不同應(yīng)力水平的載荷后進(jìn)行鹽酸溶液浸泡，浸泡時(shí)間300-1000h不等，觀察高強(qiáng)鋼表面是否有裂紋產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種獲得金屬材料延遲開裂門檻氫濃度及應(yīng)力試驗(yàn)方法，獲得高強(qiáng)汽車用鋼抗氫性能，獲得不同氫濃度及應(yīng)力條件下，高強(qiáng)汽車用鋼氫脆開裂風(fēng)險(xiǎn)，為高強(qiáng)鋼氫脆提供預(yù)防措施。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種獲得金屬材料延遲開裂門檻氫濃度及應(yīng)力試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

4、s1、制備樣品，并對(duì)所述樣品的表面進(jìn)行處理，去除影響所述樣品中氫濃度表面污染物；

5、s2、再測(cè)得所述樣品的材料抗拉強(qiáng)度；

6、s3、采用電化學(xué)恒電流模式將所述樣品置于充氫溶液中進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)充氫，并再測(cè)得擴(kuò)散氫含量；

7、s4、根據(jù)s3所述測(cè)量的氫濃度繪制氫濃度變化曲線，并根據(jù)所述氫濃度變化曲線重復(fù)步驟s3中所述樣品制備不同氫濃度樣品；

8、s5、采用電鍍鋅工藝將步驟s4制備所述樣品進(jìn)行鍍鋅；

9、s6、對(duì)步驟s5鍍鋅后所述樣品進(jìn)行應(yīng)力加載，放置觀察得到門檻氫濃度和門檻應(yīng)力值。

10、較佳的，所述步驟s1中所述樣品的尺寸為120mm*20mm，數(shù)量為30片；

11、采用丙酮超聲方法對(duì)所述樣品的表面進(jìn)行處理；

12、采用加熱爐加熱方式去除所述樣品中氫濃度；

13、較佳的，所述丙酮超聲方法的時(shí)間為15min；

14、所述加熱爐的加熱溫度為150℃～200℃，加熱時(shí)間為15min～2h，使所述樣品中的氫濃度降低至0.02ppm以下；

15、所述熱脫附法將所述樣品加熱至400℃，放氫時(shí)間為10min～1h。

16、較佳的，所述步驟s2中取三件所述樣品利用慢拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行慢拉伸試驗(yàn)，獲得慢拉伸曲線，從所述慢拉伸曲線中確定三件所述樣品的抗拉強(qiáng)度。

17、較佳的，取三件所述樣品的抗拉強(qiáng)度的平均值為本次慢拉伸試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度。

18、較佳的，所述步驟s3中，

19、采用測(cè)氫分析儀，利用熱脫附法對(duì)所述樣品加熱放氫，測(cè)得擴(kuò)散氫含量；

20、所述電化學(xué)恒電流模式的電流為10ma/cm2，充氫時(shí)間為10min～10h；

21、所述充氫溶液為0.5mol/l?h2so4+0.3g/l的硫脲溶液。

22、較佳的，所述步驟s4中繪制所述氫濃度變化曲線具體包括：

23、將充氫后所述樣品按照充氫時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行逐個(gè)測(cè)氫，直至氫含量之間差值小于0.1ppm，此時(shí)氫含量即為所述樣品的飽和氫濃度cm，同時(shí)記錄充氫濃度與時(shí)間關(guān)系，建立所述氫濃度變化曲線；

24、再利用所述氫濃度變化曲線制備氫濃度為0.05倍～0.8倍的氫濃度所述樣品。

25、較佳的，所述步驟s5中所述電鍍鋅工藝具體包括：

26、采用堿性鍍鋅溶液，其配方為氫氧化鈉：100g/l～120g/l，氧化鋅：8g/l～12g/l，三乙醇胺：20ml/l～30ml/l，溫度為10℃～40℃，電流密度為5ma/cm2～20ma/cm2；

27、電鍍時(shí)間為5min～30min，鍍層厚度為5μm～12μm。

28、較佳的，所述步驟s6中所述應(yīng)力加載具體包括：

29、采用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，利用頂部螺絲進(jìn)行應(yīng)力加載，加載前，安裝應(yīng)變測(cè)試表，使所述應(yīng)變測(cè)試表的頂部與鍍鋅后所述樣品的中心點(diǎn)對(duì)齊，根據(jù)公式(1)計(jì)算得到不同應(yīng)力所需應(yīng)變；

30、

31、式中，e表示楊氏彈性模量209gpa；t表示試驗(yàn)樣品厚度；y表示樣品彎曲撓度；h表示外側(cè)加載點(diǎn)距離；a表示外側(cè)加載點(diǎn)與內(nèi)側(cè)加載點(diǎn)x方向距離；h表示內(nèi)側(cè)加載點(diǎn)距離。

32、較佳的，根據(jù)鍍鋅后所述樣品的氫濃度，對(duì)所述樣品分別施加0.1倍～1.0倍的ts應(yīng)力，隨后將加載好的所述樣品放置在空氣中觀察300h。

33、較佳的，測(cè)定所述門檻氫濃度chic具體包括：

34、觀察相同應(yīng)力條件下不同氫濃度所述樣品的開裂情況并記錄cy和cn，利用公式chic＝(cy+cn)/2，得到所述門檻氫濃度chic；

35、cy表示規(guī)定時(shí)間內(nèi)能發(fā)生氫致延遲斷裂的最小氫濃度；cn表示規(guī)定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生氫致延遲斷裂的最高氫濃度；

36、測(cè)定所述門檻應(yīng)力值σhic具體包括：

37、觀察相同應(yīng)力條件下不同氫濃度所述樣品的開裂情況并記錄σy和σn，利用公式σhic＝(σy+σn)/2，得到所述門檻氫濃度σhic；

38、σy表示規(guī)定時(shí)間內(nèi)能發(fā)生氫致延遲斷裂的最小應(yīng)力；σn表示規(guī)定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生氫致延遲斷裂的最高應(yīng)力。

39、本發(fā)明所提供的一種獲得金屬材料延遲開裂門檻氫濃度及應(yīng)力試驗(yàn)方法，不僅能夠獲得高強(qiáng)鋼延遲開裂門檻氫濃度，而且可將應(yīng)力與氫濃度結(jié)合起來,獲得不同氫濃度下延遲開裂最小應(yīng)力值。利用本發(fā)明獲得的門檻氫濃度可為高強(qiáng)鋼延遲開裂風(fēng)險(xiǎn)提供參考，為高強(qiáng)鋼抗氫性能改進(jìn)及安全使用提供指導(dǎo)。