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氫脆的機理學術界還有爭議，但大多數學者認為以下幾種效應是氫脆發生的主要原因：在金屬凝固的過程中，溶入其中的氫沒能及時釋放出來，向金屬中缺陷附近擴散，到室溫時原子氫在缺陷處結合成分子氫并不斷聚集，從而產生巨大的內壓力，使金屬發生裂紋.在石油工業的加氫裂解爐里，工作溫度為3-5度，氫氣壓力高達幾十個到上百個大氣壓力，這時氫可滲入鋼中與碳發生化學反應生成甲烷.甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場所成核，長大，并產生高壓導致鋼材損傷.在應力作用下，固溶在金屬中的氫也可能引起氫脆.金屬中的原子是按一定的規則周期性地排列起來的，稱為晶格.氫原子一般處于金屬原子之間的空隙中，晶格中發生原子錯排的局部地方稱為位錯，氫原子易于聚集在位錯附近.金屬材料所外力作用時，材料內部的應力分布是不均勻的，在材料外形迅速過渡區域或在材料內部缺陷和微裂紋處會發生應力集中.在應力梯度作用下氫原子在晶格內擴散或跟隨位錯運動向應力集中區域.由于氫和金屬原子之間的交互作用使金屬原子間的結合力變弱，這樣在高氫區會萌生出裂紋并擴展，導致了脆斷.另外，由于氫在應力集中區富集促進了該區域塑性變形，從而產生裂紋并擴展.還有，在晶體中存在著很多的微裂紋，氫向裂紋聚集時有吸附在裂紋表面，使表面能降低，因此裂紋容易擴展.某些金屬與氫有較大的親和力，過飽和氫與這種金屬原子易結合生成氫化物，或在外力作用下應力集中區聚集的高濃度的氫與該種金屬原子結合生成氫化物.氫化物是一種脆性相組織，在外力作用下往往成為斷裂源，從而導致脆性斷裂.氫脆和應力腐蝕相比，其特點表現在：實驗室中識別氫脆與應力腐蝕的一種辦法是，當施加一小的陽極電流，如使開裂加速，則為應力腐蝕，而當施加一小陰極電流，使開裂加速者則為氫在強度較低的材料中，或者雖為高強度材料但受力不大，存在的殘余拉應力也較小，這時其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應力，氫濃集在這里造成斷裂。
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