Es gibt verschiedene Denkrichtungen zum Mechanismus der Wasserstoffversprödung: Wasserstoffadsorptionstheorie, Druckexpansionstheorie, Wasserstoff-Versetzungs-Wechselwirkungstheorie, Gitterversprödungstheorie, Hydrid- oder wasserstoffreiche Phasenausscheidungstheorie, Theorie des wasserstoffunterstützten Bruchs (HAC) usw . . Jede Schule hat eine bestimmte experimentelle Grundlage, die einige Phänomene der Wasserstoffversprödung erklären kann.
1952 schlugen N.T.Petch und P.Stabk die Theorie der Wasserstoffadsorption vor. Die Theorie besagt, dass die Oberflächenenergie r des Metalls durch die Adsorption von Wasserstoff an der Rissspitze abnimmt. Nach der Griffith-Theorie ist die Bruchfestigkeit σc des Metalls proportional zu r1/2. Mit der Abnahme der Oberflächenenergie r nimmt auch die Bruchfestigkeit σc ab, wodurch eine Versprödung des Materials verursacht wird. N.T. Seite et al. glaubten, dass die Oberflächenenergie des Risses aufgrund der Adsorption von Argonatomen verringert wurde. Wenn sich die Rissspitze im kathodischen Zustand befindet, wird aufgrund der kathodischen Reaktion eine große Anzahl von Wasserstoffatomen erzeugt. Gemäß der Bruchmechanik wird die Oberfläche an der Rissspitze mit hoher Spannung die Oberflächenadsorption von Wasserstoffatomen effektiv fördern.
Die Theorie der Wasserstoffdruckausdehnung wurde 1947 von C. ZapHe vorgeschlagen. Die Theorie des Wasserstoffdrucks geht davon aus, dass sich Wasserstoff unter Einwirkung von Spannung in Defekte wie Poren, Löcher, Mosaikstrukturen und Versetzungen innerhalb des Materials absondert und sich zu Wasserstoff verbindet Moleküle, die einen großen Druck in den Mikroporen verursachen (bis zu 9,8 l × 10 ^ 5 MPa). Die Überlagerung von Innendruck und Eigenspannung bzw. Außenspannung des Werkstoffs führt zur Rissausdehnung und damit zur Rissbildung. Da Hochdruck durch die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoffatomen gesteuert wird, wird die Rissausbreitung durch die Fähigkeit von Wasserstoff bestimmt, in das Material zu diffundieren. Bei niedrigeren Temperaturen verlangsamt sich die Wasserstoffversprödung oder hört sogar auf. Die Theorie der Wasserstoffdruckausdehnung kann den Bildungsmechanismus von weißen Fischaugenflecken erklären. Wenn das Material einer ausreichenden Zugspannung ausgesetzt wird, werden Mikrorisse an der Grenzfläche zwischen Poren und Matrix oder an der Grenzfläche zwischen Einschluss und Matrix oder am Einschluss selbst erzeugt. Wasserstoffatome lagern sich zum Riss ab und verbinden sich zu Wasserstoffmolekülen, was zu einem enormen Druck führt. Unter Einwirkung äußerer Zugspannung explodiert es in einen lokalen Sprödbruchbereich und der Bruch zeigt fischaugenförmige weiße Flecken mit Poren oder Einschlüssen als Kern.
Nach der Theorie der Wechselwirkung zwischen Wasserstoff und Versetzungen. Die in der Dreiwege-Spannungszone der Kerb- oder Rissfront gesammelten Wasserstoffatome interagieren mit den Versetzungen, so dass die Versetzungen festgehalten werden und sich nicht frei bewegen können, was zu einer lokalen Verhärtung führt. Unter äußerer Krafteinwirkung kann die Matrix die Spannung nicht durch plastische Verformung entspannen. Energie kann nur in Form von Rissen freigesetzt werden. Nachdem der Riss in die wasserstoffarme Region eintritt, wird die Versetzungsbewegung wieder frei und die Spannung kann durch plastische Verformung abgebaut werden. Der Riss hört auf zu wachsen. Wenn die Wasserstoffkonzentration an der Rissfront einen kritischen Wert erreicht, wächst der Riss wieder, bis er schließlich bricht.
1960, A.R. Troiano schlug die Theorie der Gitterversprödung vor. Er glaubt, dass die hohe Konzentration von Sauerstoff in fester Lösung, der an Korngrenzen und Phasengrenzen abgeschieden wird, die Bindungskraft zwischen Atomen im Metallgitter verringert. Wenn die Zugspannung in dem lokalen Bereich größer als die durch Wasserstoff reduzierte interatomare Bindungskraft ist, wird die interatomare Bindungskraft zerstört und es tritt ein Sprödbruch auf.
1969 wurde D.G. Westlakaet al. untersuchten die durch Zr-H, Nb-H, V-H und andere Legierungshydride verursachte Versprödung und schlugen die Theorie der Hydrid- oder wasserstoffreichen Phasenausscheidung vor. Bei metallischen Werkstoffen, die Wasserstoff enthalten, wird nur dann, wenn die hydrid- oder wasserstoffreiche Präzipitatphase ausgefällt wird, die Plastizität des Werkstoffs verringert und es tritt eine Versprödung auf.
1972, C.D. Beachem schlug die wasserstoffunterstützte Frakturtheorie vor. Er glaubt, dass der Grad der plastischen Verformung an der Rissfront vom Spannungsintensitätsfaktor K und der Wasserstoffkonzentration abhängt. Wenn K hoch genug ist und die Wasserstoffkonzentration hoch genug ist, gibt es eine große plastische Verformungszone an der Vorderseite des Risses. Wenn K klein ist, tritt eine Quasispaltung oder ein intergranularer Bruch auf.