ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водородное охрупчивание эксплуатационного происхождения из "Диагностика металлов " Наиболее часты случаи водородного охрупчивания в процессе эксплуатации вследствие наводороживания материала. [c.173] Особый интерес к этому явлению возник в июне 1965 г., когда сотрудники NASA наблюдали преждевременное разрушение емкости для хранения газообразного водорода, рассчитанной на рабочее давление в 35 МПа. Катастрофическое разрушение этой емкости - сварного сосуда из стали A-517-F (Т - 1) в состоянии закалки с отпуском произошло при давлении в 27,4 МПа [109]. [c.173] Охрупчивание может возникать и как непосредственный результат выдержки материала в любой водородсодержащей среде. Такой вид охрупчивания, обнаруженный в 1935 г., в англоязычной литературе получил название водородное охрупчивание извне [82]. Сложность явления водородного охрупчивания обусловлена зависимостью механизмов взаимодействия водорода с материалом и различием в исходном состоянии водорода. Наружный водород может быть молекулярным, диссоциированным (атомарным) или входить в состав молекул сероводорода, воды, метанола и др. Водород, присутствующий во внутренних объемах материала, большей частью представляет протоны, погруженные в электронное облако кристаллической решетки. [c.174] Водород в виде протонов без электронных оболочек химически активен, способен взаимодействовать с собственными атомами, атомами других химических элементов, дислокациями. Водород, поступающий из внешней среды, должен адсорбироваться на наружной поверхности, хемосорбироваться и затем проникнуть в решетку в виде протонов. [c.174] Одновременно под воздействием водорода происходит существенное увеличение работы распространения вязкой трещины КС (от 1,58 до 1,95 МДж/м ). Согласно результатам исследования [111], заметное повышение температуры вязко-хрупкого перехода стали 15Х2МФА-А под воздействием водорода при повышенной температуре и давлении водорода, вследствие ослабления границ зерен, частично компенсируется понижением температуры вязко-хрупкого перехода из-за увеличения работы распространения вязкой трещины. [c.177] Фрактографический анализ волокнистых изломов ударных образцов стали 15Х2МФА-А на участках нормального отрыва до и после 1000 ч выдержки при 550 С в водороде при давлении 50 МПа указывает на существенное изменение топографии излома. В вязких изломах под действием водорода при повышенных температурах происходит существенное (на 20%) увеличение среднего размера вязких микротрещин - ямок. Увеличение размера ямок в образцах из стали, выдержанной в водороде, обусловлено, вероятно, увеличением количества крупных частиц второй фазы, участвующих в инициировании пор при наводороживании. [c.177] Лд размер элементарной вязкой трещины, т] - коэффициент, зависящий от условий испытания (прежде всего, от схемы напряженно-деформированного состояния). При росте числа инициаторов ямок они, взаимноограничивая свой рост, обусловливают уменьшение среднего размера ямок и соответственно величины КСр. Такую картину наблюдали в работе [113], согласно которой насыщение сфероидизированной стали (0,43% С, 0,88% Мп) водородом вызвало существенное уменьшение размера ямок в изломе при разрушении по вязкому ямочному механизму. [c.177] Эта нетривиальная ситуация влияния водорода на механизмы хрупкого и вязкого ямочного разрушений затрудняет трактовку наблюдаемых явлений. Нельзя не учитывать, что водород стекает к границам не только зерен, но и частиц второй фазы (включения, карбиды, нитриды и т.п.), ослабляя их когезивную прочность. [c.177] Эффект охрупчивания сталей в условиях электрохимической коррозии, вызванный ослаблением когезивной прочности границ зерен, свойствен конструкциям в широком диапазоне сред и условий эксплуатации (табл. 4.13) [116]. Из табл. 4,13 следует, что степень охрупчивания металла сварных швов, как правило, выше, чем основного металла, что указывает на существенный сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур. [c.178] Самый старый (1941 г.) из выявленных механизмов вредного влияния водорода на механические свойства - это механизм создания внутреннего давления [117]. В металлах с концентрацией водорода выше равновесной на достаточной глубине от наружной поверхности избыточный водород должен стремиться покинуть твердый раствор, выделяясь в виде молекулярного на внутренних поверхностях раздела - границах зерен, межфазных. [c.178] Примечание Степень охрупчивания металлов основного (числитель) и металла сварного шва (знаменатель) определена фрактографическим способом [260]. [c.179] Опасность выявленного трендинообразования в том, что размер оторвавшихся от фланца кусочков металла, вероятно, может быть и больше. Автор на технологической линии трубопровода 131/1 установки Пироконденсат = 4 МПа, = 400 С) наблюдал случай трещинообразования во фланце на 3/4 длины его окружности. Нельзя исключить, что размер отшелушившихся слоев металла может достигать размеров, способных перекрыть поперечное сечение трубопровода и инициировать развитие аварийной ситуации. [c.180] Последний из выявленных механизмов ухудшения свойств конструкционных материалов под влиянием водорода - образование гидридов - также действует при концентрации водорода выше предела его растворимости в твердой фазе. Обычно гидриды отличаются более низкой плотностью нежели решетка металла-растворителя, и весьма хрупки. Гидриды образуют такие металлы переходной группы таблицы Менделеева как титан, цирконий, ниобий и некоторые другие. Железо, никель и медь, растворяя в твердом состоянии очень большое количество водорода, гидридов, как правило, не образуют. Иногда эти металлы называют эндотермическими поглотителями водорода, с ростом температуры растворимость водорода в их решетках повышается. [c.182] Охрупчивание конструкционных материалов под влиянием гидридов может возникать вследствие создания больших объемных расширений, связанных с образованием гидридной фазы, так и хрупкой природой самих гидридов. Титан, имея ГПУ решетку, образует при насыщении водородом гидрид титана (с ГЦК решеткой) с увеличением объема на 18% [82]. [c.182] В конструкционных сплавах на основе железа реализуются в значительной степени взаимноперекрываемые несколько механизмов влияния водорода на механические свойства. В этих условиях водородное охрупчивание будет связано с взаимодействием, вызываюш им наиболее сильное ухудшение свойств. [c.182] Вернуться к основной статье