Водородное охрупчивание

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
В.М. Полянский, Э.А. Елисеев 
 
 
 
ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ 
 
 
 
Под редакцией В.М. Полянского 
 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсам 
«Физика прочности, пластичности и разрушения материалов», 
«Механика разрушения материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2011 

УДК 620.22(075.8) 
ББК  34.431 
   П54 
 
Рецензенты: Ю.А. Козыков, Э.А. Макаров 
П54 
            Полянский В.М. 
 Водородное охрупчивание : учеб. пособие / В.М. Полянский, Э.А. Елисеев; под ред. В.М. Полянского. – М. : Изд-во 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – 37, [3] с. : ил. 
 
Рассмотрено влияние  водородного охрупчивания  (ВО) на механическое поведение металлов и сплавов. Приведены сведения о 
растворимости, диффузии и проницаемости водорода в металлах, 
электрохимическом и  химическом наводороживании сплавов, дегазации наводороженных сплавов. Даны зависимости  чувствительности к ВО от структуры сплавов; отмечено его влияние на макро- и 
микроскопические рельефы изломов. Приведены основы  теории 
ВО: взаимодействие водорода с дислокациями и вакансиями; влияние его на критический размер зародышей трещин;  дрейф водорода 
в поле напряжений; механизм ВО; пути предотвращения ВО.  
Для студентов  5-го курса, обучающихся по специальности   
«Материаловедение в машиностроении». Пособие может быть полезным инженерно-техническим работникам, специализирующимся в области технологии и прочности изделий из металлических 
материалов.   
УДК 620.22(075.8) 
         ББК 34.431 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

ВВЕДЕНИЕ 
Проблема водородного охрупчивания (ВО) является очень сложной и включает множество вопросов о механизмах химического и 
физико-химического взаимодействия сплавов с окружающей средой, 
в результате которого образуется водород; вопросов о механизмах 
адсорбции и абсорбции водорода, в которых важная роль принадлежит легирующим элементам и примесям, структурным и фазовым 
составляющим сплавов, а также вопросов о механизмах зарождения 
и роста трещин  в  субкритических  условиях, при которых силовые 
условия механического разрушения не достигнуты. 
Актуальность ВО связана еще и с тем, что в ближайшие годы 
во всем мире ожидается широкое развитие водородной энергетики.  
В пособии рассмотрены вопросы влияния водорода на механические свойства современных сплавов и особенно на субкритический рост трещин в них. Уделено внимание как феноменологическим аспектам ВО, так и физической сущности этого явления. 
Приведены также сведения о чувствительности к ВО сплавов на 
основе различных элементов и краткие сведения о способах предотвращения разрушения по причине ВО. 
 
3 

1. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ  
НА МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ  
И СПЛАВОВ 
Влияние ВО на механическое поведение металлов и сплавов 
имеет, по крайней мере, три различных аспекта. Применительно к 
железу и сталям одним из этих аспектов является уменьшение значений характеристик пластичности и вязкости материала, наводороженного или испытываемого в атмосфере водорода, по сравнению с их значениями для исходного материала при статическом 
растяжении. Масштаб изменения свойств можно понять по результатам измерения относительного сужения поперечного сечения 
аустенитной хромоникелевой стали, равного, например, 60 % в 
исходном и 40 % в наводороженном состоянии. Второй аспект 
связан с тем, что в α-сплавах титана наводороживание вызывает 
уменьшение относительного удлинения, поперечного  сужения  и 
ударной вязкости. Такое поведение характерно для алюминиевых 
сплавов, если удается осуществить их наводороживание. Однако 
главный (третий) аспект ВО – возможность субкритического растрескивания материала при ад- или абсорбции водорода в процессе 
длительного нагружения или содержащегося в металле водорода 
до начала нагружения. К этому аспекту также можно отнести ускорение стабильного роста трещин при усталости материала. Водородное охрупчивание сказывается на микрорельефе изломов 
образцов и деталей из разных сплавов. 
С  водородом, содержащимся в металле или окружающей среде, 
связывают ряд дефектов, по существу, являющихся результатом  
локального разрушения: флокены в сталях; светлые нити и пятна в 
металле сварных швов; водородная болезнь меди и др. Однако эти  
дефекты  появляются при повышенной температуре. В  данном  пособии  мы сосредоточим  внимание  на  ВО,  проявляющемся  при  
температуре, близкой к комнатной. При повышении или понижении 
температуры по сравнению с комнатной в пределах ±100 °С резко 
снижаются эффекты ВО (см. далее подразд. 1.3). 
 
4