[发明专利]一种金属棒状试样动态充氢慢拉伸试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种金属棒状试样动态充氢慢拉伸试验装置，包括电化学充氢装置、载液台、棒状试样和夹具；棒状试样通过夹具贯穿载液台并固定,电化学充氢装置连接载液台；棒状试样的标距段与圆弧过渡段位于柱状容器内部，且标距段浸没在柱状容器电解液中。本发明解决了充氢安全隐患、充氢含量有限及氢气逸出问题。该装置具有结构简单、操作简便、实验参数精准、密封性良好，能够保持完好的密封状态并最大限度的模拟实际工况。

技术领域

本发明涉及金属动态充氢慢拉伸试验技术领域，具体是一种金属棒状试样动态充氢慢拉伸试验装置及试验方法。

背景技术

氢是自然界中最小的原子，其原子质量约为1.008，位于元素周期表的第一位。氢是宇宙中含量最多的元素，约占宇宙质量的75％，氢原子具有极强烈的还原性，除却稀有气体外，氢几乎可与所有元素反应形成化合物。

氢原子有着最小的体积，因而可轻松穿过各种材料，或者通过各种途径渗入到材料的内部。

金属中氢的来源可分为两类：一类是内氢，即金属的加工及制造过程中(如熔炼及浇筑、酸洗、电镀、焊接等)残存于材料内部的氢；另一种是外氢，即在材料服役过程中(如气态氢渗入和电化学充氢)渗入金属材料内部的氢。

氢脆指金属在特定的服役环境中服役一段时间后，在低于屈服强度时发生的脆性断裂，氢脆通常是力与氢气共同作用导致的结果。氢脆现象一经产生便无法消除，且氢脆断裂之前往往是无预警的，因此一旦发生氢脆失效，会造成极为严重的后果。氢脆问题的研究是必要的。

金属中的氢脆可分为第一类氢脆和第二类氢脆。第一类氢脆是指在金属材料加载之前，氢已经对材料的内部造成了不可逆的损伤。第一类氢脆主要有：白点、高温氢腐蚀及脆化物氢脆等。第二类氢脆是指在金属材料加载之前，材料中并没有形成氢脆源，氢脆是材料在加载过程中在应力应变与氢的相互作用下形成的。此类氢脆经过去氢处理后可以得到缓解，因而第二类氢脆一般是可逆的。在实际的工程中，大部分的氢脆问题属于第二类氢脆的范畴。因此，在实验室的条件下对于金属材料的氢脆敏感性研究是很有必要的。

氢脆现象最早发现于第二次世界大战初期，基于大量的实验数据，人们提出了以下几种氢脆机制:氢压理论、氢致相变理论、氢降低表面能理论、弱键理论及氢促进局部塑性变形理论。

基于氢脆现象的危害性，氢脆的防护是必要的，主要的防护措施有：去氢处理、材料内部的结构调整、表面处理等。

实验室条件下对试样预充氢主要有如下几种方法：室温气相充氢、高温高压充氢、化学腐蚀充氢和电化学充氢。

室温气相充氢即使采用很高的氢压但是进入材料的氢含量也仅有1wppm甚至更低；高温高压充氢需要在高压釜内进行，一般的实验室并不具备这样的实验条件，而且从安全角度来看也会存在很大的安全隐患，最为关键的是充氢结束之后将试样从高压釜中取出需要先降温降压，该过程需要一定的时间，等到试样取出时，大量的氢会从试样中逸出，无法准确判断氢的含量；化学腐蚀充氢周期较长，而且会产生大量的H₂S气体，会对人体产生损伤；电化学充氢操作简单、安全隐患小、设备成本低、可获得较高的氢浓度，但是充氢结束后取出试验到进行试验需要一段时间，且时间长短因人因时而异，此时会有氢气逸出，无法保证试样内部统一的氢浓度。

实际工程中，设备的工作环境极为复杂，服役于力和腐蚀介质的共同作用下。

综上所述，一种装置简便、操作简单、实验参数精准、密封性良好且符合实际工况的动态充氢实验装置是很有必要的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种金属棒状试样动态充氢慢拉伸试验装置，装置完全密封，解决现有技术中存在的充氢安全隐患问题、充氢含量有限及氢气逸出问题、保持完好的密封状态并最大限度的模拟实际工况。

本发明是通过下述技术方案来实现的。