斷裂力學(xué)權(quán)威期刊綜述：臨氫合金斷裂韌性影響因素與預(yù)測(cè)模型

氫能是一種清潔、低碳、高效的二次能源，正逐步成為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要載體之一。高壓氣態(tài)氫是氫氣最常用的儲(chǔ)運(yùn)形式。然而，大多數(shù)工程材料在氫氣環(huán)境中力學(xué)性能顯著下降，即氫脆（Hydrogen Embrittlement, HE），這一問(wèn)題是制約氫儲(chǔ)運(yùn)裝備安全運(yùn)行的核心難題。

與拉伸和疲勞性能相比，臨氫合金的斷裂韌性是衡量材料抵抗裂紋萌生與擴(kuò)展的關(guān)鍵斷裂力學(xué)參數(shù)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)、材料研發(fā)和事故預(yù)防至關(guān)重要。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，輸氫管材的斷裂韌性要大于55 MPa·m0.5，以確保管道的結(jié)構(gòu)完整性。

針對(duì)上述問(wèn)題，中山大學(xué)李新鋒課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外知名機(jī)構(gòu)在斷裂力學(xué)權(quán)威期刊Engineering Fracture Mechanics發(fā)表題為“Review of hydrogen embrittlement effect on fracture toughness of metallic materials: Influencing factors, and predictive models”的長(zhǎng)篇綜述論文（48頁(yè)），系統(tǒng)總結(jié)氫對(duì)金屬材料斷裂韌性的影響因素及預(yù)測(cè)模型，核心內(nèi)容包括：

1.斷裂韌性測(cè)試方法的最新進(jìn)展

綜述國(guó)內(nèi)外主流斷裂韌性測(cè)試技術(shù)，重點(diǎn)分析單邊缺口彎曲（SENB）試樣在氫環(huán)境下的適用性與發(fā)展趨勢(shì)。

2.氫對(duì)典型金屬材料斷裂韌性的影響

系統(tǒng)總結(jié)了氫對(duì)輸氫管線(xiàn)鋼、儲(chǔ)氫壓力容器用鋼等常用結(jié)構(gòu)材料斷裂韌性的削弱效應(yīng)，并提出優(yōu)化建議。

3.臨氫合金斷裂韌性的關(guān)鍵影響因素

深入探討微觀組織特征、加載速率、氫壓/氫濃度、溫度等多因素耦合作用對(duì)斷裂韌性的影響規(guī)律。

4.臨氫合金斷裂韌性的預(yù)測(cè)模型

總結(jié)并對(duì)比HEDE、HELP及其協(xié)同模型（HELP+HEDE）下的多種斷裂韌性預(yù)測(cè)模型，并明確其適用范圍與失效準(zhǔn)則。

目前，李新鋒課題組圍繞臨氫合金氫脆機(jī)理、評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)研究方向，發(fā)表4篇高水平綜述論文，相關(guān)論文信息如下：

• Li et al., Engineering Fracture Mechanics, 2025, 111392.

• Li et al., International Journal of Hydrogen Energy, 2024, (72), 74-109.（高被引）

• Li et al., Journal of Materials Science & Technology, 2022, (122), 20-32.（優(yōu)秀論文）

• Li et al., Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2020, 33 (6), 759-773. （高被引）

圖1 斷裂韌性與試樣厚度的關(guān)系

圖2 代表性的J-R阻力曲線(xiàn)（包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)、構(gòu)造線(xiàn)和限制邊界）

圖3 斷裂韌性對(duì)加載速率的依賴(lài)性

圖4 不同氫壓/氫濃度下合金的斷裂韌性

本文來(lái)自“材料科學(xué)與工程”公眾號(hào)，感謝作者團(tuán)隊(duì)支持