[实用新型]一种金属板状试样动态充氢拉伸应力腐蚀试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属充氢试验方法以及应力腐蚀测量领域，具体为一种金属板状试样动态充氢拉伸应力腐蚀试验装置，适用于对氢浓度条件要求较高且对试样加载同时进行充氢的体系中。

背景技术

金属中的氢是一种有害但又难以完全避免的杂质元素，氢来源于大气或在含氢环境中服役时进入到材料内部的氢和电化学阴极反映过程产生的氢，它对金属的危害主要是引起金属韧性的降低，严重时会导致金属锻件的失效，这种现象被称为氢脆。

氢脆按照其与加载时应变速率的关系可分为两类：1.氢脆敏感性随加载时应变速率的增加而升高，大型锻件中的白点即属于第一类氢脆。在加载前，氢已经在金属中形成损伤，随加载应变速率的增加，初始的氢损伤处形成极大的应力集中，使得裂纹扩展速度增大，导致脆性增加；2.氢脆敏感性随加载时应变速率的增加而减小，金属的滞后断裂和大型锻件的置裂均属于第二类氢脆。在加载前，金属中尚未形成氢脆源，但在加载的过程中，随着应力、应变的交互作用，氢不断扩散聚集，逐步形成氢脆源并导致脆性增加。为了保证金属材料在使用过程中的安全性，有必要研究清楚氢含量对金属脆性影响的根本机制，需要在实验室条件下对不同含氢量的样品进行应力腐蚀敏感性测试。

氢进入到金属内部的过程分为四个阶段：

1.气体分子向金属表面扩散；

2.在金属表面上分子的吸附、分解和化学吸着；

3.由化学吸着层向晶格中的原子转移；

4.金属晶格中原子的转移。

氢从金属中析出则由三个连续过程组成：

1.溶解的氢由金属内部向表面迁移(扩散阶段) ；

2.原子状态氢逸出金属表面并形成氢分子；

3.氢分子从金属表面解吸进入气相。

关于试样在未受载荷条件下的静态充氢方法目前已经比较普遍，例如：

一、室温气相充氢：将试样直接置于室温下的高纯氢中，氢将按吸附、溶解、扩散的过程进入试样。根据物理、化学吸附的规律及氢溶解的规律，氢压越高氢进入试样的速度越快，时间越长氢进入试样的量越多。由于这种充氢方法，即使采用很高的氢压能进入材料的氢含量也有限；

二、高温高压充氢：需要在高压釜中进行，高温高压下始终保持高压釜内的氢浓度，通常实验室难以具备这样的试验条件，而且从安全的角度来看也存在很大的隐患；

三、电化学充氢：常规的电化学充氢是将试样放置在电解池的阴极，铂片做阳极，试样做阴极，利用电解过程的阴极效应使氢进入金属内部。电解液中电离出来的H⁺在阴极获得电子，形成氢原子而吸附在阴极表面，吸附的氢原子一部分通过去吸附扩散进入试样；另一部分在试样表面复合成氢分子，变成H₂气泡逸出电解液。电解充氢时，电解液的组分、充氢电流密度、充氢时电解液的温度以及试样自身的材质状况等对充氢的效果都有影响。另外，充氢结束后将试样从充氢环境中取出到正式试验，这个过程需要一定的时间，此时大量的氢会从试样中逸出，这就使试样内部不能保证固定的氢浓度。

综上所述，有必要发展出一种设备简单、操作便利、控制准确的动态充氢试验装置。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型主要目的在于提供一种金属板状试样动态充氢拉伸应力腐蚀试验装置，解决现有技术中充氢量有限，存在安全隐患以及氢溢出的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种金属板状试样动态充氢拉伸应力腐蚀试验装置，该装置包括绝缘加载装置和电化学充氢装置，其中：

绝缘加载装置设有板状试样一根、板状试样夹具一对、绝缘夹具一对、加载螺母一对、连接螺杆一对，工作时绝缘夹具通过销钉连接到拉伸机的上下夹头，板状试样的上、下夹持端通过销钉与放入的板状试样夹具连接，板状试样夹具与绝缘夹具之间通过配套使用的加载螺母和连接螺杆连接；

电化学充氢装置设有直流电源一台、铂片一段，工作时将板状试样通过导线连接在直流电源的阴极，铂片连接在直流电源的阳极。

所述的金属板状试样动态充氢拉伸应力腐蚀试验装置，上下对称的绝缘夹具分别通过绝缘夹具穿销孔与拉伸机相连接，两个绝缘垫片分别套在上下对称的连接螺杆的外面，两个加载螺母分别拧在上下对称的连接螺杆一端的外螺纹上，绝缘夹具通过连接螺杆另一端的外螺纹与板状试样夹具相连。