Водород состояние в кристаллической решетке

Водород находится в кристаллической решетке стали в атомарном состоянии, образуя со сталью твердый раствор внедрения, в молекулярном состоянии, а также в виде заряженных частиц — протонов. Эти частицы возникают в результате передачи атомами водорода своих электронов в коллективизированный электронный газ кристалла [7—И]. Об атомарной форме существования водорода в стали свидетельствует небольшое увеличение периода решетки, например при электролитическом наводоро-живании, [c.85]

Растворение водорода в металле происходит за счет диффузии ионов водорода к поверхности металла, адсорбции ионов на металлической поверхности, восстановления его до атомарного состояния, перехода атомов водорода в кристаллическую решетку металла и миграции атомов водорода в кристаллической решетке. [c.83]

Внедренческий механизм внедрение отдельных атомов среды (например, азота, кислорода, водорода) в кристаллическую решетку наиболее сильно деформированных зерен обрабатываемого металла приводит к упрочнению последнего и переходу его в хрупкое состояние. При этом уменьшаются предельная пластическая деформация перед разрушением и удельная работа резания. [c.886]

До недавних пор считалось, что водород, подобно углероду и азоту, находится в кристаллической решетке металла в атомарном состоянии, давая твердые растворы внедрения (или замещения). Исходя из атомарного характера окклюзии азота, кислорода и водорода металлами из газовой фазы, что выражается для водорода законом с=К рщ делались неправильные обобщения о форме существования этих веществ в металле. [c.18]

Присутствие в металле шва даже сравнительно небольшого количества водорода резко ухудшает механические свойства сварных соединений. Атомы водорода обладают большой диффузионной способностью в жидкой и твердой стали (легко перемешаются в кристаллической решетке). Проникая в микроскопические пустоты твердого металла (дефекты кристаллической решетки, полости со шлаковыми включениями и т. д.), водород скопляется в них под большим давлением и создает напряженное состояние в локальных объемах металла. При растворении водорода в жидком металле сварочной ванны, превышающем растворимость его в твердом металле, в швах образуются поры. [c.50]

Структура электролитических осадков металла находится в неравновесном состоянии, их кристаллическая решетка искажена вследствие возникающих внутренних напряжений и от внедрения протонов водорода [881. Поэтому свойства металла, осажденного электролитическим путем, отличны от свойств расплавленного [c.272]

СОСТОЯНИЕ ВОДОРОДА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКЕ [c.85]

Существует критическое минимальное значение напряжения, ниже которого растрескивание не происходит. Значение критического напряжения снижается с увеличением концентрации водорода. На рис. 7.12 представлены такие зависимости для стали SAE 4340 (0,4 % С), насыщенной водородом при катодной поляризации в серной кислоте, затем кадмированной для удержания водорода и подвергнутой действию статической нагрузки. Концентрацию водорода систематически снижали отжигом. Задержка перед появлением трещин связана, по-видимому, с тем, что для диффузии водорода к специфическим участкам вблизи ядра трещины и для достижения достаточной для разрушения концентрации требуется время. Эти специфические участки окружены дефектами, возникающими в результате пластической деформации металла. Атомы водорода из кристаллической решетки, диффундируя к дефектам, переходят в более низкое энергетическое состояние. Тре- [c.150]

Водород, находящийся в стали, стремится концентрироваться в зонах с максимальной свободной энергией, т.е. во всех несовершенствах кристаллической решетки, особенно по границам зерен металла. Он остается в протонной форме, если электростатические силы взаимодействия достаточно велики, но может переходить в атомарное и даже молекулярное состояние при увеличении размеров дефектов решетки. Именно поэтому в межкристаллитной прослойке концентрируются продукты реакции и молекулярный водород (рис. 32). [c.164]

Они характеризуются низкой температурой плавления, повышенными значениями давления насыщенных паров и скорости испарения, менее прочной кристаллической решеткой. Хорошо обрабатываются в холодном состоянии, в процессе обработки повышаются их твердость и предел прочности при растяжении, снижается относительное удлинение. Последующим отжигом, который во избежание окисления производится в водороде или в вакууме, пластические свойства этих металлов могут быть восстановлены (при одновременном снижении твердости и прочности). [c.60]

Кроме вышеперечисленных факторов, на качество осадка влияет выделяющийся на катоде водород. Водород входит в ка-то. ный осадок, проникая внутрь, нарушает первоначальное состояние кристаллической решетки, повышает хрупкость осадка г внутренние напряжения его. При наличии водорода поверхность осадка покрывается пузырчатыми вздутиями или, наоборот, поверхность становится пористой, ноздреватой. Первый дефект объясняется давлением газообразного водорода, оставшегося в нижних слоях, который стремится выделиться обратно второй дефект объясняется прилипанием пузырьков водорода к поверхно- [c.28]

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]

Чтобы пояснить эту мысль, сравним, как образуется кристаллическая решетка у водорода и у лития. Поместим рядом два протона и зададимся вопросом, в какие электронные состояния нужно поместить два электрона, чтобы энергия была наименьшей и чтобы образовалась связь. Термин связь используется здесь в том смысле, что энергия системы будет возрастать как при увеличении, так и при уменьшении расстояния между ядрами по сравнению с расстоянием Го, соответствующим минимальной энергии (фиг. 1). Первый электрон, попадая между двумя ядрами [c.56]

Большинство сосудов, предназначенных удерживать водород, работает в напряженном состоянии, когда их материал подвержен ползучести. Считается, что деформирование стали в упругой области увеличивает проникновение через сталь электрохимически выделяемого водорода, а пластическая деформация затормаживает этот процесс. Однако при высоких температурах возможен иной характер влияния напряжений и пластической деформации на водородопроницаемость. Дефекты кристаллической решетки, являющиеся ловушками для водорода при низких температурах, в области высоких температур могут даже увеличивать проницаемость водорода. Энергия связи растворенного водорода с дефектами невелика, и поэтому вследствие термической активности этот барьер легко преодолим. Кроме того, при высоких температурах дефекты при-114 [c.114]

Процесс коррозии металлов, имеющих отрицательные значения нормальных потенциалов, протекает в кислотах обычно с выделением водорода. Водород, выделяющийся при реакциях металлов с кислотами в атомарном состоянии, может проникать внутрь кристаллической решетки металла, образуя с ним твердые растворы, которым присуща хрупкость (водородная хрупкость). [c.75]

Как видно из табл. 37, между внутренними напряжениями никеля и параметром кристаллической решетки подкладки существует некоторый параллелизм, т. е. при увеличении различия в параметрах решеток осадка и подкладки внутренние напряжения возрастают. Нарушение этой связи в случае алюминия, железа и палладия связано, вероятно, с тем, что влияние природы подкладки искажается состоянием ее поверхности, например, в случае палладия подкладка представляет собой не чистый металл [52], а систему водород — палладий, в случае алюминия и железа — слой окиси металла, так что представленные в таблице данные не соответствуют чистым металлам. [c.294]

При температурах изменения кристаллической решетки и перехода железа из твердого в жидкое состояние растворимость азота и водорода из.меняется скачкообразно (рис. 1.29). [c.69]

Н+ + е (энергия ионизации свободного атома довольно велика и составляет 312 ккал/моль). Таким образом, при низкой температуре водород может попадать в металл только в атомарном или ионизированном состоянии (например, при травлении в кислоте). Атомарный водород в дефектах кристаллической решетки металла, в порах, на границах фаз или зерен превращается в молекулы, в образующихся полостях создается необратимое накопление молекулярного водорода, что приводит к локально высокому давлению. [c.48]

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]

Эффект водородной хрупкости стали наиболее существенно проявляется в интервале температур от минус 20 до плюс 30°С и зависит от скорости деформации [18, 20]. Различают обратимую и необратимую водородные хрупкости. Охрупчивающее влияние водорода при его содержании до 8-10 мл/100 г в больщинстве случаев процесс обратимый, то есть после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность металла конструкции небольшого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, наличием водорода, растворенного в кристаллической решетке. Необратимая хрупкость зависит от содержания в стали водорода в молекулярном состоянии, который агрегирован в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим значительные трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости пе восстанавливаются даже после вакуумного отжига, так как в структуре стали происходят необратимые изменения [21, 22] образование трещин по [раницам зерен, где наблюдается наибольшее скопление водорода, и обезуглероживание стали. [c.16]

На основании анализа опубликованных данных, а также работ, выполненных в ФМИ им. Г.В.Карпенко АН УССР [41-49], можно заключить, что наиболее вероятной формой существования водорода в металлах является твердый раствор протонов в кристаллической решетке металла. При наличии в металле различных дефектов в виде пор, микротрещин и пр., которые практически всегда присутствуют в конструкционных сплавах, часть водорода может находиться В молекулярном состоянии в этих дефектах, а в сложнолегированных сталях и сплавах, содержащих гидрообразующие элементы, — в виде гидридов или других химических соединений. [c.18]

В. Н. Гуляев и И. Н. Лагунцев выдвинули гипотезу для объяснения различной способности металлов к схватыванию. Молекулы водорода, кислорода, азота и некоторые другие двухатомные молекулы, адсорбируясь на металлических поверхностях, переходят в атомарное состояние, благоприятствующее диффузии в металл. Доказано, что азот, углерод и водород могут участвовать в металлической связи и входить в кристаллическую решетку металла, куда также проникает кислород при малом количестве его на поверхности в начальный период окисления. Следовательно, если на поверхности контакта количество адсорбированных атомов будет способно раствориться поверхностными слоями контактирующих деталей, то наступит схватывание. Роль пластического деформирования заключается в разрушении поверхностных окисных пленок и снижении концентрации адсорбированных атомов на поверхности фактического контакта. Так же могут происходить структурные изменения, влияющие на способность к схватыванию. Способность металлов к схватыванию определяется отношением его абсорбционной и адсорбционной способностей. [c.205]

Эффект водородной хрупкости проявляется максимально в интервале температур от -20 до +30 °С и зависит от скорости деформации [11]. Охрупчивающее влияние водорода при содержании его до 8-10 мл/100 г — процесс обратимый, т. е. после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность конструкции не слишком большого сечения обычно восстанавливается вследствие десорбции водорода из металла. Обратимая хрупкость стали обусловливается растворенным в кристаллической решетке водородом. Необратимая хрупкость зависит от содержания водорода в стали в молекулярном состоянии, агрегированного в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим большие трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, в структуре стали происходят необратимые изменения [34, 51] образование трещин по границам зерен, где наблюдается преимущественное скопление водорода, и обезуглероживание стали. [c.12]

Другим важнейшим металлургическим фактором, определяющим склонность металла к водородному охрупчиванию, является его структура, поскольку как растворимость водорода, так и его критическая концентрация зависят от структурного состояния стали [19, 41]. Дуализм состояния водорода в металле (либо в твердом растворе в кристаллической решетке, либо в молекулярной форме в микропустотах) также обусловливается, прежде всего, структурными параметрами если сульфидное растрескивание высокопрочных мартенситных сталей связано с ослаблением межатомных связей, то водородно-индуцируемое расслаивание феррито-перлитных сталей объясняется развитием микропор под давлением молизующего-ся водорода [133]. [c.80]

В каком состоянии проникает водород в металл—в виде протонов или атомов, по нашему мнению, не имеет существенного значения, так как при соприкосновении с поверхностью металла протоны сталкиваются с достаточно большим количеством, электронов и неизбежно превращаются в атомы водорода. В результате абсорбции некоторая часть ато.мов водорода растворяется в стали, проникая в кристаллическую решетку металла и деформируя ее. Часть атомов проходит через металл и выделяется на противоположной его поверхности, молизуясь на ней. Процесс молизации водорода происходит не только на наружных поверхностях металла, но и на границах многочисленных микроскопических пор— микропустот —в кристаллической решетке. Скопление водорода в таких микропустотах и является основной причиной водородной хрупкости металла. Давление водорода в пустотах может достигать значительной величины (сотни атмосфер), вследствие чего в металле возникают внутренние напряжения, обусловливающие его хрупкость. [c.111]

Растворение водорода вызывает искажение кристаллической решетки металла и уменьшает силы межатомного взаимодействия. При критической концентрации водорода возможны потери когезивной связи между атомами в кристаллической решетке. Критическая концентрация разная для различных уровней напряженного состояния в конкретном локальном объеме она тем меньше, чем выше уровень напряжений. Важную роль в ускорении разрушения играет трехосное напряженное состояние, ограничивающее возможность пластической деформации металла. При критической концентрации водорода или большей трещина растет при меньшей — растрескивания нет. [c.243]

Значительное снижение пластических свойств стали под действием водорода и напряжений называется водородной хрупкостью. Эффект водородной хрупкости проявляется максимально в интервале температур от - 20 С до + 30 С и зависит от скорости деформации [11, 47]. Различают обратимую и необратимую водородную хрупкость. Охрупчивающее влияние водорода при содержаниях его до 8-10 мл/100 г в большинстве случаев - процесс обратимый, т.е. после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность конструкции не слишком большого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода из металла. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, раство1>енным в кристаллической решетке водородом. Необратимая хрупкость зависит от содержания водорода в стали в молекулярном состоянии, агрегированного в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим большие трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, в структуре стали происходят необратимые изменения [69] образуются трещины по границам зерен, где наблюдается преимущественное скопление водорода и обезуглероживание стали. [c.20]

Механизм кристаллизации автор представляет следующим образом ион металла, достигая катодной поверхности, стремится как можно скорее Внедриться в кристаллическую решетку, и для этого он должен освободиться от ионной атмосферы и от оболочки гидратной воды. Можно допустить, что ионы металла в состоянии попасть в кристаллическую решетку, удерживая при себе частично иоцную атмосферу и гидраткую воду. Чем быстрее будет расти слой металла и происходит оёаждение поверх данного иона, тем меньше шансов этим посторонним телам снова вернуться в раствор. При современном состоянии наших знаний трудно определить характер приставания этих частиц к решетке кристалла адсорбция ли это или вандервальсов-ские силы, — важно, что такая возможность допускается, и тем самым не исключается возможность включения в осадок диполей воды, комплексных катионов или недиссоциированных молекул. Такие случаи следует рассматривать аналогично установленному попаданию в осадок органических коллоидов, коллоидальных гидроокисей и водорода, которые, как известно, сильно влияют на структуру осадков. [c.93]

Анализ показал, что протечка связана с трещинообразова-нием в результате внутренних напряжений, вызванных наклепом при предварительной механической обработке (прокатке, гибке и пр.), а также сварке. Поверхностный слой труб парогенератора подвергается двоякому действию с одной стороны, он находится в контакте с жидким металлом и постепенно растворяется им, с другой, — поверхность стали подвержена разрушающему действию воды вследствие ее термической диссоциации при высоких температурах и диффузии водорода в стенку трубы. Большая растворимость водорода в железе, никеле и других металлах [I—3] с образованием гидридов и увеличением периода кристаллической решетки металла (при 400° G, например, достигается растворимость водорода в железе 138 см /100 г) вызывает появление напряженного состояния, повышает хрупкость, твердость, меняет другие механические свойства. Удаление водорода отжигом вызывает появление звездообразных трещин. [c.269]

Кроме ТОГО, для ракет, спутников и космических кораблей, работающих на жидком топливе, применяются жидкий водород и жидкий кислород. Поэтому температура перехода в хрупкое состояние особожаропрочных сплавов, обладающих кристаллической решеткой объемноцентрированного куба, должна быть достаточно низкой, чтобы их можно было бы применять в условиях глубокого холода. Наиболее выгодной, низкой температурой перехода в хрупкое состояние отличаются тантал и ниобий (фиг. 244). Менее выгодно применение здесь молибдена, у которого температура перехода в хрупкое состояние только несколько ниже 0° у молибденового сплава, содержащего 0,5% титана — 35 С, а добавка 50% рения понижает эту температуру до — 150 С. Вольфрам и хром становятся хрупкими и теряют пластичность при температурах значительно [c.406]

С понижением температуры прочностные характеристики стали растут, а вязкость и пластичность уменьшаются. Поэтому при выборе стали для работы в этих условиях определяющими показателями являются прочность при максимальной температуре эксплуатации — обычно комнатной вязкость и пластичность — при минимальной температуре. Механические свойства и работоспособность сталей, применяемых для хладостойких конструкций, а также в холодильном и криогенном машиностроении, зависят от многих факторов. К ним прежде всего относится тип кристаллической решетки, размер зерна и состояние его границ, содержание легирующих элементов и примесей, форма и размеры неметаллических включений. Насыщение металла водородом увеличивает хрупкость стали. Сварка способствует росту зерна и дополнительному наводоражива-нию, что увеличивает хладноломкость сварньк соединений. Кроме того, нагрев при сварке может способствовать фазовым превращениям и выделением примесей по границам зерен, что также повышает хрупкость стали. [c.595]

Еще в 1933 г. Ф. Вефер и Б. Пфарр [73] рентгенографическим методом обнаружили увеличение постоянной кристаллической решетки феррита (0,01% С) в результате насыщения водородом при катодной поляризации (1%-ная H2SO4, содержащая H2S Дк=13 А/дм2, время поляризации 1 ч) от 0,28609 нм в исходно1М состоянии, до 0,28614 нм после насыщения. После 15 дней вылеживания при комнатной температуре постоянная решетки уменьшилась до 0,28611 нм, а после отжига полностью возвратилась к исходному значению. [c.21]

Несовершенства кристаллической решетки металла должны оказывать определенное влияние на проницаемость металлических мембран для водорода, так как возможными путями диффузии водорода через металл являются 1) междоузлия кристаллической решетки 2) границы зерен в поликристалличе-ских образцах 3) несовершенства кристаллической решетки внутри зерен. Соотношение между этими видами диффузии устанавливается, очевидно, в каждом конкретном случае в зависимости от состояния металла и условий (температура, давление газообразного водорода вне металла или плотность тока, состав электролита и т. д.). Роль междоузлий и границ зерен в диффузии водорода через железо и сталь обсуждалась ранее (раздел 2.6). Нарушения кристаллической решетки (вакансии, дефекты упаковки, дислокации, малоугольные границы в блоках мозаики и т. д.), вызванные механической или термической обработкой (Металла, могут служить ловушками , коллекторами, для водорода. Это приводит к сильному торможению процесса диффузии водорода через металл [268—270]. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные недостаточны для того, чтобы надежно разделить влияние на диффузию водорода внутренних напряжений, границ блоков мозаики, дислокаций, вакансий и других нарушений кристаллической решетки [259]. Решение этой задачи осложняется тем, 1что один тип дефектов непрерывным образом может трансформироваться (за счет количественных изменений) в другой. [c.84]

Температура эксплуатации и скорость нагружения существенно влияют на склонность к водородному охрупчиванию. Подвижность водорода весьма высока при комнатной температуре и возрастает в два и черыре раза при повышении температуры до 100 и 200 С соответственно. Эффект повышения температуры может проявиться двояко в возможности повышения концентрации водорода на дефектах структуры, в увеличении вероятности ухода водорода из металла. При понижении температуры скорость диффузии водорода уменьшается, и при определенных скоростях перемещения дефектов кристаллической решетки типа дислокаций водород не в состоянии перемещаться вместе с ними. [c.139]

Ничтожные количества газов (водорода, азота, кислорода), присутствующих в виде таердого раствора в металлах, также способны влиять на прочностные свойства последних. Техническая чистая медь со следами растворенного в ней кислорода, будучи отожжена в водородной атмосфере (чтобы избежать появления окалины), становится совершенно хрупкой. Атомы одного металла могут диффундировать сквозь кристаллическую решетку другого металла. Практически это явление используется при соединении стальных частей с помощью пайки на крепком припое из меди. Медь в расплавленном состоянии втягивается в малый зазор между двумя стальными частями капиллярными силами. Оказалось, например ), что два стальных стержня можно спаять посредствол слоя очень чистой, лишенной кислорода меди толщиной около 0,025 мм так прочно, что соединение будет обладать сопротивлением растяжению в направлении, перпендикулярном плоскости соединения, равным от 8 400 до 9 100 кг/см . (Мягкая отожженная чистая медь имеет временное сопротивление 2 310 кг1см .) Высокая прочность стали увеличивает прочность тонкого медного слоя не механическим путем (две соединяющиеся стальные части более высокой прочности предотвращают боковое пластическое сужение в тонком медном слое при растяжении), а вследствие диффузии атомов меди в решетку кристаллитов железа (создавая атомное сцепление) и атомов железа в решетку зерен меди (увеличивая сопротивление меди пластическому сдвигу). [c.61]

Выделяющийся на катоде водород частично диффундирует в глубь металла, нарушая первоначальное состоянее кристаллической решетки, вызывая изменение физических свойств металла. [c.107]

Наиболее полно механическая и термическая стабилизации изучены на сталях. По современным представлениям, один из механрхзмов, обусловливающих эти явления, связан с блокированием дислокаций примесными атомами внедрения (углеродом, водородом и т. д.) и образованием вокруг дислокаций облаков Коттрелла, что приводит к повышению сопротивления сдвигу и препятствует образованию зародышей мартенсита. Примесные атомы снижают также и свободную энергию в этих местах искажений решетки и тем самым уменьшают движуш ую силу превращения [15, 16]. Однако механизм блокирования дислокаций различен. Предполагают, что при относительно низких температурах блокирование дислокаций может происходить за счет выдавливания углерода из решетки всесторонне сжатого аустенита в зоны с повышенной растворимостью, расположенные вокруг дислокаций и находящиеся в упругодеформированном состоянии (механическая стабилизация). При более высоких температурах перемещение углерода к дислокациям обусловлено обычным механизмом диффузии (термическая стабилизация) [6, 15, 33—35]. При еще более высоких температурах (для стали обычно выше 500—600°) происходит дестабилизация аустенита, так как вследствие повышенной тепловой подвижности атомов углерода облака Коттрелла разрушаются. К тому же с увеличением температуры разница в равновесных концентрациях углерода в неискаженных и искаженных участках кристаллической решетки снижается. [c.20]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...