ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Поведение и влияние водорода из "Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов " В этом разделе мы представим общий взгляд на ряд водородных процессов, которые могут иметь значение как в индуцированном водородом КР, так и при водородном охрупчивании. В настоящее время дать количественное описание многих вопросов не представляется возможным, однако, по-видимому, будет все же полезным обобщить имеющиеся представления н показать, каким образом их можно применять в рассмотренных выше конкретны.х случаях. [c.127] Водород может присутствовать в материале и до экспозиции в-рабочей среде, как следствие предварительной обработки. В частности, водород может остаться после заучердевания расплава (в сварных швах, а также в слитках) или попасть в материал в результате термообработки в атмосфере, содержавшей водород. Однако поскольку такие источники водорода принципиально не отличаются от тех, которые встречаются в условиях зксплуага-ции, то они естественным образом войдут в последующее обсуждение. [c.127] Простейшим случаем является водород, присутствующий в качестве одного из (или единственного) компонентов газовой фазы. [c.127] При этом происходит адсорбция молекул водорода Нг на поверхности, их диссоциация там, и поглощение водорода металлом в виде растворенных атомов, или [Н]. Важной стадией здесь является диссоциация, что подтверждается усилением влияния водорода, если часть молекул Нг диссоциирует под воздействием раскаленной нити еще до попадания на поверхность металла [305]. Эти процессы схематично изображены на рис. 49а. [c.128] Второй случай — водород, присутствующий в растворе в виде (гидратированных) ионов Н+, например, в кислотных средах. Даже в растворах с высоким pH довольно кислая среда может возникать в трещинах и питтингах, где типичное значение pH составляет 1—3,5 [2, 175—178, 298, 306] точное значение pH зависит от произведения растворимости в реакции гидролиза и от вида конкретной диаграммы Пурбэ для данной системы [176, 307]. В этом случае, как показано на рис, 49, б, в результате захвата электронов происходит образование атомов водорода, которые могут либо объединяться, формируя молекулы Нг, удаляющиеся в виде пузырьков газа, либо проникать в металл в виде [Н]. На микроскопическом уровне такой процесс можно, конечно, предотвратить или ослабить путем приложения анодного потенциала, однако процессы у вершины трещины могут изменять локальные потенциалы и приводить к значительному поглощению водорода [178, 297]. [c.128] Присутствие ингибиторов рекомбинации водорода, таких как 5, Аз, 5Ь и другие, в среде (в виде ионов или соединений типа НгЗ), на поверхности металла (в еоставе поверхностной пленки) или же в металле в твердом растворе может сильно замедлить реакцию 2Н- -Н2 и, следовательно, значительно повысить интенсивность образования [Н] во всех трех рассмотренных случаях. Особенно интересная ситуация может возникнуть, если названные примеси уже сегрегировали на границах зерен (или на дру гих микроструктурных особенностях) до начала проникновения водорода. При этом в местах пересечения таких границ зерен с поверхностью может происходить ускоренное проникновение водорода в металл [2, 39]. Экспериментальная проверка такой возможности представляет большой интерес. [c.129] Как будет показано ниже, для некоторых эффектов, связанных с водородом, достаточно его присутствия вблизи поверхности металла, однако другие случаи требуют наличия механизма переноса (транспорта) водорода. [c.129] Наиболее распространенным из таких процессов переноса является диффузия в кристаллической решетке. Водород очень быстро диффундирует в большинстве металлов, особенно с о. ц. к. структурой решетки (стали и титановые р-сплавы), и поэтому вполне уместно сопоставить скорости растрескивания (например, в области II на рис. 2) со скоростями диффузии. Такое сравнение принято проводить на основе параметров активации (в частности, энергии активации) и в целом ряде работ было получено согласие данных для двух процессов в титановых сплавах [207], сталях [172, 308, 309] и некоторых других материалах [172]. Следует, правда, отметить, что обычно нет уверенности в протекании единственного термически активированного процесса и поэтому получение энергии активации растрескивания, близкой к энергии активации диффузии, не свидетельствует ни о наличии единственного диффузионного механизма переноса, ни даже об определяющей роли диффузии в процессе переноса водорода [39, 310]. Мы не сомневаемся, что некоторые явления водородного растрескивания контролируются диффузией, однако имеющиеся доказательства такого контроля не всегда достаточно убедительны. [c.129] В некоторых случаях коэффициенты диффузии непосредственно сравнивались со скоростями растрескивания. Иногда при этом делался вывод, что диффузия протекает слишком медленно и поэтому не может объяснить наблюдавшиеся скорости растрескивания [231]. Такие наблюдения и некоторые другие соображения. [c.129] Многие исследователи приходили к выводу, что в их экспериментах имеет место дислокационный износ водорода. Так полагал Бастиен в случае мягкой стали [313], и так же считали авторы многочисленных работ, выполненных на аустенитной нержавеющей стали [39, 72, 84, 100, 124], на никеле и его сплавах [108, 238, 253, 259, 293, 315] и на ряде других сплавов, включая алюминиевые [68]. Предполагался такой механизм и в случае титановых сплавов [220], что особенно важно, учитывая сообщения о том, что в этих сплавах растрескивание протекает быстрее, чем диффузия водорода [296]. С представлениями о дислокационном транспорте согласуются и данные о формировании гидридов Ti в условиях деформации, поскольку гидриды чаще образуются в областях скольжения, а не беспорядочно во всей матрице [224, 226, 316]. Выполненные недавно количественные оценки [314, 317] показывают, что перенос водорода может ускоряться в 10 —10 раз и что границы зерен не играют роли существенных барьеров при дислокационном транспорте, поскольку времена захвата и освобождения имеют порядок микросекунд. Последнее согласуется с экспериментальными данными [39, 72, 237, 315]. [c.130] Таким образом, перенос водорода может происходить путем диффузии в решетке с движением дислокаций, или же посредством короткозамкнутой диффузии по границам зерен или дислокациям. Однако диффузия водорода по короткозамкнутым путям в общем случае вряд ли протекает намного быстрее решеточной диффузии. Возможны также случаи, когда дальний перенос водорода незначителен и процессы, изображенные на рис. 49, непосредственно доставляют достаточное количество водорода. Но в большинстве случаев определенный перенос по рассмотренным механизмам обязательно происходит. Рассмотрим его назначение. [c.130] В более крупном масштабе водород диффундирует к местам максимального трехосного напряжения вблизи вершин трещин [318, 319]. На рис. 51 показано, что в условиях пластического раскрытия трещины [320] такие напряжения возникают очень близко от вершины. Во всей пластической зоне у вершины трещины водород может накапливаться в любом из мест, изображенных на рис. 50. Перенос водорода в пластической зоне вполне может происходить преимущественно путем диффузии, особенно в сталях [318], поскольку размеры таких зон часто малы в условиях роста трещин при высоких уровнях прочности (см. значения Кхкр на рис. 7). Если бы в сталях преобладал перенос путем решеточной диффузии, то не следовало бы ожидать и существования корреляции между типом скольжения и степенью водородного охрупчивания, хотя согласно имеющимся теперь данным нельзя исключать и возможность дислокационного переноса водорода. В других материалах, где коэффициенты диффузии водорода малы, дислокационный транспорт особенно вероятен. [c.131] Вернуться к основной статье