钢中夹杂物对氢扩散行为的影响规律

临氢环境下,钢中夹杂物可导致夹杂处诱发氢致裂纹等现象,但由于夹杂物具有复杂的取向、形状、尺寸和分布特征,其对氢扩散行为的影响机理和规律还需进一步深入研究.为此,在建立含夹杂基体的二维氢扩散仿真模型的基础上,分析了夹杂取向、分布、形状及尺寸对氢扩散特性的影响规律.研究结果表明:①随着夹杂与氢扩散之间夹角θ的增大,氢扩散通量J和表观扩散系数Dapp均下降,且在0°～45°范围的下降幅度远大于45°～90°范围,夹杂对氢的通道效应减弱,陷阱效应增强;②堆叠式分布的夹杂,其对通道/陷阱效应的影响大于并列式分布.θ=90°且靠近加氢侧的夹杂会捕获更多的氢,更易导致材料出现氢鼓泡;③θ=90°时,夹杂沿不同方向的变形会导致Dapp呈现相反的变化趋势,而θ=0°时,Dapp随夹杂长短轴比δ的增大而增大,但当δ<10时,Dapp仍小于基体扩散系数;④减小夹杂物尺寸并使其在钢中弥散可降低氢的大规模富集,从而显著减小夹杂对氢扩散的影响范围.结论认为,数值模拟结果揭示夹杂性状对钢中氢扩散行为的影响机理,为认识钢中氢的局部扩散行为和探究氢损伤、氢致开裂等现象具有重要意义,可为纯氢系统用钢的氢损伤预防提供理论支撑和技术参考.