氢是钢中有害元素。氢的扩散和聚集不仅降低材料的力学性能,还会产生白点等缺陷。白点阻断金属基体的连贯性,导致金属零件的疲劳和突然断裂,具有很大的危害。如何有效预控白点萌生是目前亟待解决的问题。本文从细观的层面,着重研究细观视域下的白点萌生机理及大型锻件在热处理过程中的氢扩散问题。对于预控白点萌生,提高锻件质量具有重要的意义。为探明氢对材料损伤行为,本文采用电化学充氢的方式,通过不同充氢电流,充氢时间表征钢内氢含量,模拟钢中氢富集对Cr5钢的影响,探究了充氢后白点的扩展特征。研究结果表明,充氢后大量的氢聚集在试样表面产生鼓泡,伴有纵向裂纹沿鼓泡扩展。充氢后的试样断口韧窝明显变浅,表明充氢会显著降低试样韧性。针对多因素耦合条件下白点萌生特性,本文基于内聚力模型、氢压理论和应力作用下氢富集理论,建立了白点萌生扩展的多裂纹分析模型。研究了氢浓度、内聚力强度以及多裂纹等因素的影响。通过逐次循环的方式,确定了多因素影响条件下白点萌生的临界氢浓度及其变化趋势。同时本文针对影响白点萌生的多因素进行正交分析,确定了诱导白点萌生的主要因素。结果表明高浓度的氢聚集于裂纹端部,大大降低了钢的内聚力强度。大裂纹是导致白点萌生的主要因素。密集多裂纹降低了白点萌生临界氢浓度,裂纹间的耦合效应会导致小裂纹贯穿形成大裂纹。通过热处理扩氢工艺可以有效降低钢中氢浓度预控白点萌生。因此,本文基于钢中氢行为,建立微孔隙氢陷阱理论模型,借助有限元软件模拟研究了加热过程中陷阱内捕获氢的激活扩散行为。主要研究了微观组织、加热速率、保温温度等因素对氢扩散的影响。针对氢扩散过程中各因素对陷阱内氢压变化的影响及萌生氢致裂纹的可能性进行了分析。结果表明高温能够充分激发氢分子的活性,促进捕获氢分子的激活扩散。不同组织氢扩散速率的不同,导致加热过程中氢在相界处富集。增加加热速率能够减小氢扩散时间,但较高的加热速率会导致氢压峰值呈指数上升,增加加热过程中氢致裂纹的产生可能性。