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氢脆是造成车轴钢失效的重要原因之一,而氢脆的发生与氢在车轴钢中扩散密切相关。为了预防氢脆发生,本文用电化学充氢法研究了25CrMo、25CrNiMo和30CrNi3MoV三种车轴钢的氢渗透特性和氢扩散系数,计算出氢扩散激活能、氢陷阱结合能和氢陷阱密度等参数,并利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征手段分析了高温回火及Cr-Mo-Ni-V合金化对车轴钢氢扩散行为的影响,结果如下:520℃、570℃和620℃回火对三种车轴钢的氢扩散行为影响基本相同。三种车轴钢的氢扩散系数随着回火的温度升高有小幅度增加,而氢扩散激活能、氢陷阱结合能数值和氢陷阱密度均随着回火的温度升高而降低。三种车轴钢中析出碳化物随着回火的温度的升高由针状逐步向球状转变,尺寸变大,数量减少,即车轴钢中碳化物氢陷阱、碳化物和基底的相界面氢陷阱数量减少,这是三种车轴钢氢扩散系数增大的主要原因。在670℃回火时,25CrMo、25CrNiMo车轴钢的氢扩散系数大幅增加,30CrNi3MoV车轴钢的氢扩散系数却大幅减小。这是因为,25CrMo、25CrNiMo车轴钢在670℃回火条件下,析出碳化物多数转变为等轴状,氢陷阱捕获氢的能力变弱,氢陷阱数量降低,导致氢扩散系数继续增大。而30CrNi3MoV车轴钢在670℃回火下,析出了数量可观、弥散分布、尺寸在10 nm左右的Mo、V碳化物。这些新的碳化物作为强捕获氢能力的氢陷阱,显著降低了氢扩散系数。相同温度回火对三种车轴钢氢扩散行为产生显著影响。25CrNiMo车轴钢氢扩散系数最大,25CrMo车轴钢次之,30CrNi3MoV车轴钢最小。而氢扩散激活能则相反,30CrNi3MoV车轴钢最大,25CrMo车轴钢次之,25CrNiMo车轴钢最小。氢陷阱捕获氢的能力方面30CrNi3MoV车轴钢最强,25CrMo车轴钢次之,25CrNiMo车轴钢最弱。发生氢鼓泡的临界充氢电流密度也是30CrNi3MoV车轴钢最高,25CrMo车轴钢次之,25CrNiMo车轴钢最小。这是因为,车轴钢中加入的合金元素影响了车轴钢的组织结构,从而导致车轴钢中氢陷阱的数量、种类和形貌存在差异,最终导致三种车轴钢氢扩散行为的不同。25CrNiMo车轴钢相较于25CrMo车轴钢加入了更多的Ni元素,增加了Ni溶质原子氢陷阱,但Ni溶质原子氢陷阱捕获氢的能力很弱而且Ni会降低位错运动的阻力,位错带着捕获的氢一起运动,反而增加了氢的扩散速度。同时25CrNiMo车轴钢中碳化物比25CrMo车轴钢中碳化物尺寸更大且数量更少,提供的碳化物氢陷阱以及碳化物和基底的界面氢陷阱更少,综合导致25CrNiMo车轴钢氢扩散系数相较25CrMo更高。Cr-Mo-Ni-V合金化的30CrNi3MoV车轴钢由于其析出碳化物数量最多且尺寸最小,显著增加了碳化物氢陷阱以及碳化物和基底界面氢陷阱的数量。而且产生了新的Mo、V碳化物这类强捕获氢能力的氢陷阱,综合起来显著降低了30CrNi3MoV车轴钢的氢扩散系数和氢脆敏感性。