ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Взаимодействие стали с водородом — водородопроницаемость и водородонасыщение из "Металл для эмалирования Издание 2 " Влияние водорода на свойства металлов и различные пороки, с ним связанные, достаточно полно отражены в работах [11, 95, 96]. Однако эта проблема до сих пор еще остается полностью нераскрытой. [c.75] Длительное время оставался спорным вопрос о форме, в которой водород находится в стали. [c.75] При химическом или электрохимическом насыщении стали водород может находиться в ней в трех состояниях протона, атома и молекулы. При этом общее количество поглощенного водорода определяется объемом микропор, плотностью структуры и способностью кристаллической решетки стали растворять водород. [c.75] Многими исследователями доказано, что водород растворяется в виде протона. Например, в работе Пальцевской с сотрудниками [97] приводятся данные прямых экспериментов по проницаемости протона через стальную мембрану из газовой фазы, содержащей протон. Кинетика этого процесса и факторы, влияющие на него, аналогичны проникновению водорода через сталь при катодной поляризации. [c.75] Водород, проникая в электронные оболочки атомов железа, вызывает глубокие изменения в физической природе металла. Предполагается, что при растворении водорода в металле происходит расщепление и ионизация по реакции Н22Н2Н + 2е. Электроны, попадая в область 3d сферы Fea, упрочняют связь водорода с железом. Эта точка зрения была высказана ранее в работах А. И. Красникова (1944 г.), исследовавшего энергетическое состояния атомов железа методом флуоресценции (возбуждением рентгеновскими лучами). [c.75] В условиях равновесия, когда давление водорода снаружи и во внутренних полостях металла одинаково, количество молекулярного водорода в микропустотах, по сравнению с растворенным в кристаллической решетке, невелико, так как объем микропор в стали не превышает 0,1—0,2%. [c.76] Растворимость водорода в стали, по данным Ю. В. Баймакова и Г. И. Квинт [11 ], зависит от режима травления и может достигать 110—120 мл/100 г при катодном травлении и до 60 мл/100 г при химическом травлении в растворах серной кислоты. Это количество значительно превышает изобарную концентрацию водорода, абсорбированного железом ( 0,6 мл/100 г). [c.76] Выделение избыточного атомарного водорода из решетки железа происходит при сравнительно низких температурах (100—200° С), а молекулярного водорода из замкнутых полостей металла — при более высокой температуре (400—800° С), когда поверхностная диссоциация и растворение атомарного водорода протекают с измеримой скоростью. Десорбция водорода из металла может характеризоваться проницаемостью, которая зависит от абсорбции его поверхностью и диффузионной подвижности внутри объема стали. Как уже отмечалось, диффузионной подвижностью обладает водород атомарный и особенно протон. При наличии пор в металле происходит необратимый процесс превращения диффузионнонодвижного водорода в молекулярный, т. е. диффузионнонеподвижный. Поэтому проникновение водорода через металл зависит от наличия искажений в кристаллической решетке, протяженности границ зерен, количества и характера неметаллических включений, пористости. Все эти дефекты в структуре способствуют изменению растворимости и проникновению водорода в металл. [c.76] Относительно влияния структуры, пористости, степени наклепа, загрязнений неметал тическими включениями на проницаемость водорода в стали до сих пор нет единой точки зрения, вероятно, вследствие сложности этой взаимосвязи. [c.76] При изучении проникновения водорода через железные мембраны с разной структурой обнаруживается, что этот процесс может протекать по границам зерен и по телу зерна. Известно, что водород проникает в холоднодеформированную сталь намного быстрее, чем в отожженную. [c.77] Водородопроницаемость стали изучали мембранным методом [11 ] при комнатной температуре в растворах 10%-ной HaS04, а также содержащем еще 0,61 мг/л Na2 при плотности тока 0,1 А/см , г = = 4 ч. Коррозионные испытания были проведены в тех же растворах при комнатной температуре. [c.77] Зависимость величины зерна и плотности выхода дислокаций от температуры вакуумного отжига показана на рис. 33. Первая из них является типичной для этой стали. Зависимость выхода дислокаций от температуры отжига описывается сложной кривой с минимумом при 1000°С (рис. 33, б), который совпадает по температуре с критической точкой b Чернова, обнаруженной авторами [115—117] рентгеновским методом и электронной микроскопией. После отжига прн 1000° С достигается полное фазовое равновесие и полная перекристаллизация. В структуре такой стали должно быть минимальное количество дефектов, а следовательно, и минимальная плотность дислокаций. Отжиг при t 900° С сопровождается повышением плотности выхода дислокаций. Это, вероятно, вызывается фазовым наклепом при а 17-превращении и появлением внутризеренной текстуры [31, 117—119]. [c.78] Насыщение стали водородом при катодной поляризации в 10% H2SO4 и в процессе обжига грунта показано на рис. 34. При сравнении рис. 33 и 34 видно, что способность стали поглощать водород и изменение плотности выхода дислокаций одинаково зависят от температуры предварительного отжига стали. Найдена также аналогичная зависимость водородопроницаемости стали при катодной поляризации от плотности выхода дислокаций в структуре стали [101], Повторный нагрев стали при 900° С сопровождается повышением плотности выхода дислокаций и соответственно увеличением водородопроницаемости и способности стали поглощать водород. [c.78] Об увеличении плотности дислокаций при повторных нагревах железа в области фазовых превращений а 7 а сообщается в работе [31 ]. Дефекты типа дислокаций особенно стабилизируются примесями внедрения (С, На), в связи с этим указывается на наличие эффекта памяти или наследственности . [c.79] Под влиянием диффузии возникает поле упругих напряжений, создаются новые, а при релаксации перераспределяются уже имеющиеся дислокации. Формирование и перераспределение дислокаций в диффузионном слое ускоряет процесс проникновения диффундирующего вещества [114, 120]. [c.80] Авторы [121], используя радиоактивный изотоп Н , отмечают, что обогащения границ зерен водородом не наблюдалось, что, по-видимому, вызвано равномерностью дислокационной структуры. Водород распределяется у огранных ямок травления, плотность их соответствует плотности дислокаций в отожженном металле, что свидетельствует о локализации водорода на дислокациях. [c.80] Исследование водородопроницаемости и насыщения водородом стали в состоянии холодной деформации освещено в работах [11, 65, 95, 122, 123]. С увеличением степени деформации от О до 70% скорость диффузии водорода в углеродистых сталях разного состава уменьшается, а насыщаемость их водородом повышается. [c.80] Вернуться к основной статье