ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водород в стали из "Прочность стали в коррозионной среде " Согласно современным представлениям [17, 46, 47, 58, 83], водород длительное время может находиться в стали в виде ионов (протонов) и молекул. Выше приводились данные о том, что внутри стали в газовых пузырях, образовавшихся вследствие наводороживания, был обнаружен молекулярный водород и метан. При электролитическом на-водороживании, как это было показано на стр. 23, на поверхности металла адсорбируются ионы водорода (протоны), которые частично разряжаются, молизуются и уходят в виде пузырьков в электролит, а частично внедряются в решетку металла. [c.76] Вопрос о том, разряжаются ли ионы водорода в решетке металла или остаются там в виде протонов, впервые был поставлен в 1939 г. И. А. Красниковым [83]. В последуюш,их своих работах [84—86] он экспериментально доказал, что водород в решетке находится в том же состоянии, как и сам металл решетки, т. е. в виде положительно заряженных ионов. Характерной особенностью пребывания водорода в решетке металла является образование им протонного газа , могущего легко перемещаться в металле, подобно электронному газу. Изучая изменения энергетического уровня атомов в решетке металла под влиянием наводороживания, Красников установил повышение этого уровня, что возможно только при появлении в металле посторонних заряженных частиц. [c.76] Применяя прецизионную методику вторичных рентгеновских спектров, И. А. Красников установил влияние водорода в металле на свойства спектральных линий спин-дублета Ка,-ссз для различных элементов, выражающееся в уменьшении дисперсии рентгеновского спектра. Это явление он объясняет присутствием протонов в глубоких уровнях электронных оболочек атомов, составляющих решетку металла. [c.76] Подтверждением существования водорода в решетке стали в форме протонов являются опыты В. И. Явойского и Д. Ф. Чернеги 1172], которые установили перемещение водорода в твердой стали под влиянием постоянного электрического поля. [c.76] Перемещение водорода под влиянием электрического поля было обнаружено В. И. Явойским и Г. И. Баталиным [171] также и в жидких металлах. Их опыты показали, что под влиянием электрического поля водород перемещается в жидком металле в сторону катода, что может произойти только в случае нахождения водорода в стали в виде положительно заряженных частиц — протонов. [c.77] Направленное перемещение водорода в виде протонов внутри металла может наблюдаться не только под влиянием электрического поля, но также под влиянием и других факторов — градиентов концентрации протонов, температурного поля, напряженного состояния решетки и изменения химического состава и структурного состояния стали, т. е. факторов, влияющих на диффузию в твердом теле. [c.77] Выход протонов из решетки металла на поверхность раздела с другими фазами, например на наружную поверхность металла или внутреннюю поверхность трещины, поры либо неметаллического включения или межзерненного вещества, приводит к восстановлению протонов и образованию атомарного, а затем молекулярного водорода. Этот процесс спонтанный и термодинамически неизбежный. [c.77] Молекулярный водород не может диффундировать сквозь решетку металла и образовывать с ним какие-либо соединения или твердые растворы. Наличие молекулярного водорода внутри металла в различного вида коллекторах связано с восстановлением протонов на поверхностях этих коллекторов при их выходе из решетки металла. Процесс проникновения протонов из решетки в коллекторы поддерживается непрерывно в связи с нулевой концентрацией протонов в коллекторе. [c.77] Появление молекулярного водорода внутри металла в порах, трещинах, неметаллических включениях и других коллекторах можно проиллюстрировать опытами [106], в которых производилось электролитическое наводороживание полого, герметически закрытого стального цилиндра со стенками толщиной 3 мм. Отбор проб газа внутри цилиндра и измерение его давления показали, что после наводорожи-вания внутри цилиндра появлялся молекулярный водород под давлением 300 атм. [c.77] Таким же образом проникает водород в микропустоты стали, создавая там давление, приводящее к образованию напряженного состояния в решетке металла, к деформации изделия в целом или отдельных его участков (образование пузырей), а также к нарушению сплошности металла (образование трещин). [c.78] Сегрегация водорода во внутренних полостях стали подтверждается также зависимостью между пористостью металла и количеством поглощенного водорода. Холодная пластическая деформация стали приводит к разрыхлению структуры, в связи с чем увеличивается и ее склонность к окклюзии водорода. [c.78] Водород, заключающийся в коллекторах, трудно поддается извлечению из металла в связи с нерастворимостью молекулярного водорода в твердой стали. Частичное выделение водорода из микропустот возможно только в случае его диссоциации, т. е. в случае, если давление, а также температура в пустотах таковы, что количество диссоциированного водорода выше, чем соответствующая данной температуре рановесная концентрация водорода, растворенного в решетке стали. [c.78] В обычных условиях, при сравнительно низком содержании водорода, в стали наблюдается обратная картина, т. е. диффузия водорода из решетки в коллекторы, даже при отсутствии внешнего источника на-водороживания. Это приводит к повышению давления молекулярного водорода в коллекторах, что в свою очередь вызывает появление напряженного состояния решетки. [c.78] Поглощенный сталью водород распределен в объеме металла, как правило, неравномерно, кроме того, он находится в состоянии непрерывного движения, определяемого равновесием (или нарушением равновесия), характеризуемым параметрами наружной среды, концентрацией водорода в решетке металла и давлением водорода внутри коллекторов. [c.78] После электролитического наводороживания стали повышенная концентрация водорода наблюдается у ее поверхности выравнивание содержания водорода по всему объему может быть достигнуто при старении путем десорбции водорода наружу и его диффузии во внутренние области металла. [c.78] В микроскопическом масштабе также наблюдается неравномерное распределение водорода. [c.78] Во-первых, разность между давлениями молекулярного водорода в наружной среде и внутри коллекторов (после прекращения процесса наводороживания) вызывает появление градиента концентрации водорода, растворенного в решетке, и диффузию водорода сначала из решетки в атмосферу и частично в коллекторы, а потом (в значительно меньшей мере и при особых условиях) из коллекторов через решетку в атмосферу последний процесс практически не может привести к заметной дегазации стали. [c.78] Наконец, неравномерность распределения растворенного водорода (в микромасштабе) определяется распределением напряжений в металле. Водород имеет тенденцию концентрироваться в зоне максимального объемно-напряженного состояния, находящейся, например, на некотором расстоянии от острой вершины трещины и, в частности, микротрещины. [c.79] Особо важное значение приобретает это явление при нагружении детали и в процессе ее деформирования — при перераспределении напряжений и при развитии трещин. Это свойство водорода играет особую роль в снижении пластичности стали, появлении водородной хрупкости и в изменении свойств стали, вызванных наводорожива-нием. [c.79] Вернуться к основной статье