Поведение и влияние водорода

ПОВЕДЕНИЕ И ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА [c.127]

В предыдущем разделе было описано несколько типов закономерностей поведения, общих для различных систем сплавов. Теперь подробнее рассмотрим некоторые из них и обсудим общие вопросы, связанные с механизмами различных процессов. Вместо детального анализа имеющихся в литературе механизмов мы решили попытаться представить проблему в более обобщенном виде. Сначала будут рассмотрены электрохимические факторы, тип скольжения и влияние водорода. Эта информация затем используется при формулировке широкого подхода к поведению водорода в материалах, включающего целый ряд новых идей. Мы полагаем, что этот подход согласуется с наблюдениями, обзор которых был дан в этой главе и позволяет выработать общую точку зрения на водородные процессы. Будут намечены важные проблемы, требующие дальнейших исследований. [c.121]

Следует отметить, что в упомянутом исследовании сплавов, содержащих Sn и Sb [239], образцы подвергались термообработке при достаточно высокой температуре, когда сера не оказывает влияния на поведение материала [246]. В последующих же исследованиях, в которых, однако, не проводился анализ поверхности разрушения методом оже-электронной спектроскопии [251], использовались термообработки в области температур, приводящих к сульфидному охрупчиванию [246]. Сера может вызывать охрупчивание даже при концентрациях порядка 10 % [248] и поэтому при интерпретации результатов следует проявлять осторожность и не смешивать влияние водорода и серы [246, 252]. [c.110]

Следует учитывать окисление металла парами воды и свойства образовавшихся окислов. Поведение второго продукта реакции — водорода и отношение его к конструкционным материалам теплообменников, турбинных лопаток и других аппаратов обычно не рассматривается. Между тем роль водорода очень велика. Он может концентрироваться у поверхности конструкционных материалов, соприкасающихся с жидким металлом где происходит отдача тепла, уменьшается растворимость примесей и выделяется водород в элементарном состоянии или в форме гидридов. Накопление водорода в пароводяной фазе не исключает влияния его на механические свойства конструкционной стали вследствие легкой диффузии водорода в поверхность стенки трубы. [c.37]

В [69] показано, что снижение пластичности при повышении температуры титана может быть связано с присутствием водорода. Однако теории влияния водорода и. каких-либо количественных моделей разработано не было. В связи с этим попробуем разработать физическую модель явления, которая позволила бы дать количественную оценку температурной зависимости пластичности титана и прогнозировать его поведение. [c.255]

Наиболее детально исследовано воздействие отпускной хрупкости на так называемое "замедленное разрушение". Этот вид водородного охрупчивания представляет наибольшую практическую опасность, особенно для высокопрочных сталей, и состоит в том, что докритический рост трещин в присутствии водорода начинается при пороговом значении коэффициента интенсивности напряжений К - Кп, значительно меньшем вязкости разрушения в инертной среде /С с [208, 209]. Такой вид водородного охрупчивания наблюдается как в газовых водородсодержащих средах (например, в молекулярном водороде), так и в электролитах. Повышение концентрации адсорбированных на границах зерен примесей IV—VI групп при разбитии отпускной хрупкости во-первых, снижает пороговый коэффициент интенсивности напряжений К , во-вторых, повышает скорость до-критических трещин v (К), что вместе со снижением (см. гл. Ill) приводит к уменьшению долговечности Гр. Примеры такого поведения и масштаб наблюдаемых эффектов видны на рис. 77, 78, а рис. 79 показывает, что чем выше предел текучести, тем меньшее влияние оказывает развитие отпускной хрупкости на пороговое значение [c.174]

Влияние поглощения водорода на поведение материала при знакопеременной нагрузке исследовал Леа. Он не установил влияние водорода на показатели (прочности насыщенной водородом нормализованной углеродистой стали (0,14% С) при испытании на растяжение — сжатие со знакопеременной нагрузкой и знакопеременной скручивающей нагрузкой. [c.164]

Выше (см. гл. 9) уже рассмотрено поведение отдельных компонентов сплавов и их влияние на качество получаемого металла шва. Однако в заключение надо сделать обобщение влияния на качество сварных соединений, так называемых вредных примесей, к которым относятся сера, фосфор, кислород, азот, водород, а в некоторых случаях и углерод. [c.402]

Объяснение влияния кислотности электролита на поведение частиц следует связывать и с различным электрофоретическим поведением пузырьков выделяющегося на катоде водорода в зависимости от pH. При электролизе раствора сульфата никеля эти пузырьки при pH 4—7 имеют положительный заряд, а при pH 1,5—3 — отрицательный заряд. В случае цинкования пузырьки водорода движутся к катоду при pH 2,5—3 и мигрируют от катода при pH 8—12. Не исключено также и действие на частицы пузырьков воздуха, потому что в воде эти пузырьки имеют высокий электрокинетический потенциал =—58 мВ [c.53]

Кремний повышает стойкость к растрескиванию и уменьшает потери пластичности, если его концентрация достаточно велика [66, 67, 69, 83, 87, 90]. Эффект кремния особенно заметен при концентрациях свыше 4%, причем, по некоторым данным, при этом подавляется как зарождение, так и распространение трещин [91]. Однако такие высокие концентрации кремния стабилизируют б-феррит в микроструктуре стали, поэтому не исключено, что этот эффект в основном обусловлен изменением микроструктуры, а не состава. Как растворенная примесь в аустените кремний несколько снижает значение ЭДУ [77], и, следовательно, служит примером того, что уменьшение ЭДУ не обязательно приводит к усилению растрескивания или других форм разрушения. Правда, уменьшение ЭДУ при введении малых добавок кремния невелико и может быть просто недостаточным, чтобы вызвать заметный эффект [68]. В пользу последнего предположения свидетельствует то, что при концентрациях 0,8—1,5% кремний (слабо влияющий в этом случае на б-феррит и присутствующий, следовательно, в аустените) не изменяет поведение сплава при КР [69, 82, 92]. Предполагается, что в водных растворах влияние кремния имеет электрохимическую природу [66], однако и в этом случае исследования микроструктуры были бы очень полезны. Испытания в газообразном водороде также могли бы дать интересную информацию. [c.72]

Рассмотренные тенденции влияния микроструктуры на стойкость к КР характерны для поведения титановых (а-рр)-сплавов и в газообразном водороде [206—208]. Свойства равноосных или сплошных а-структур отличаются от свойств игольчатых илп сплошных р-структур, но относительная восприимчивость к растрескиванию при этом зависит, как показано на рис. 34, от давления водорода. Для сравнения на рис. 34 приведены также данные по КР в солевом растворе [209]. Очевидное согласие этих данных с результатами исследования водородного охрупчивания [c.100]

Теперь рассмотрим вопрос о том, каким образом на процесс индуцированного водородом растрескивания влияют металлургические факторы. Обсуждаться будет, в основном, феноменология, но включен и ряд замечаний о механизмах влияния рассматриваемых факторов. Здесь уместно еще раз подчеркнуть, что мы не считаем, что существует один водородный механизм , действующий во всех случаях если он и есть, то данными, подтверждающими его существование, мы пока не располагаем. Напротив, как показывает рис. 52, взаимодействие водорода с микроструктурой и связь его поведения с типом разрушения представляются весьма многообразными. [c.136]

Разложение аммиака идет по первому порядку и выход, следовательно, будет зависеть от концентрации NH3. Широкое изменение концентрации Н2 в паре от 4 до 150 см 1кг оказало только небольшое влияние на скорость разложения. Такое поведение схоже с наблюдаемым в водных реакторах под давлением. Радиолиз пара, проходящего через испытательную секцию, как было найдено, является сложной функцией концентраций водорода и аммиака во входящем паре. Кислород на выходе в данных экспериментальных условиях может быть выражен как [c.100]

Значительные эффекты наблюдаются также при введении в раствор по-верхностно-активных анионов. На рис. 12 показано влияние поверхностноактивных анионов (СГ, Вг" и J ) на поведение ртутного электрода. В соответствии с теорией действие этих анионов проявляется в резком снижении перенапряжения водорода. Влияние поверхностно-активных галоидных ионов проявляется также лишь в определенном интервале потенциалов вследствие того, что имеет место десорбция этих ионов. [c.27]

Ниже приводятся данные, относящиеся к поведению различных промышленных цветных металлов и сплавов в водороде. Показана растворимость в них водорода, диффузия водорода через эти сплавы, а также влияние содержания водорода или режима газонасыщения на механические свойства цветных металлов и сплавов. [c.408]

Рассмотрим теперь задачу определения параметров сопротивления материала росту трещин при наличии водорода, позволяющих установить связь между поведением лабораторных образцов в процессе испытаний и поведением материалов в конструкциях при тех же условиях. Заметим, что обычные методы механики разрушения [144] при изучении водородного охрупчивания металлов не являются корректными. Так, анализируя типичные результаты опытов по оценке влияния водорода на кратковременную статическую трещиностойкость металлов [200] (рис. 41.1), нетрудно установить, что определяемый стандартным методом параметр трещиностойкости Kq, будучи весьма чувствительным к воздействию водорода [83, 2(30, 319, 334J, является лишь одним значением коэффициента К из интервала К,ь < Ксш, в кото- [c.326]

Необходимо заметить, что Скалли и его сотрудники исследовали в основном поведение сплава Ti — 5А1 — 2,5Sn при КР в водных средах, поэтому некоторые положения, цитируемые для доказательства в пользу влияния водорода, не являются безусловно справедливыми для всех сплавов. [c.398]

Значительный интерес представляло изучить, как воздействует облучение на гетерогенные системы воздух — вода и азот — вода. Райт, проводя опыты на эту тему, установил, что при облучении тепловыми нейтронами (дозы 101 ц1см ) систем, содержащих воду и воздух или азот, образуется азотная кислота и перекись водорода, которые являются, как известно, весьма агрессивными агентами. Концентрация ионов водорода при этом соответствует примерно количеству образующейся азотной кислоты. Такие процессы Оказывают существенное влияние на электрохимическое поведение и скорость коррозии металлов. [c.282]

Ранее было показано, что водород в никеле распределен сравнительно равномерио (в масштабе зерна), а в титане — очень неравномерно. Характер влияния водорода на свойства этих металлов также различен (эффект Портевена — Ле-Ша-телье в никеле — водородная хрупкость титана). Это влияние в общем аналогично влиянию углерода. Химическое сродство никеля к водороду и углероду мало, титана — велико (образует стабильные гидриды и карбиды). Таким образом, есть много общего в поведении обеих примесей внедрения в каждом из этих металлов, поэтому представляет интерес выяснить, идентично лк распределение водорода и углерода в никеле и титане. Для исследования распределения углерода в никеле его диффузионно насыщали изотопом Выбранный режим полировки (электролит, ток) обеспечивал отсутствие рельефа на поверхности образцов, насыщенных углеродом в этом же электролите, изменяя ток, выявляли ямки травления., Просмотр авторадиограмм — реплик показал, что распределение углерода в объеме зерен равномерно (рис. 220), окрестности растравленных участков обогащены углеродом. Такой характер локализации , по-ви-димому, свидетельствует о сегрегации углерода на дислокациях. [c.482]

Много неясного остается еще в понимании природы и роли водорода в формировании свойств пленок в понимании особенностей поведения в гидрированных полупроводниках различных остаточных и легирующих примесей в понимании физико-химических процессов, лежащих в основе деградации приборных структур под влиянием освещения, ионизиру- [c.106]

Систематические исследования электрохимического поведения сплавов системы Ti — Ni в подкисленных растворах Na l описаны в работах [350—352]. Положительное влияние никеля на коррозионную стойкость титана в растворах хлоридов объясняется наличием в структуре сплава интерметаллида Ti2Ni, обладающего низким перенапряжением восстановления кислорода и ионов водорода. Это иллюстрируется катодными кривыми, приведенными на рис. 46. На коррозионную стойкость сплава Ti — 2% N1 влияет равномерность распределения интерметаллида в матрице. При растворении частичек интерметаллида Ti2Ni происходит обратное осаждение Ni на поверхности сплава [351, 352]. [c.111]

Проводились нсследоваиия влияния серы на медь при высоких температурах [142], а также высокотемпературного поведения меди в атмосферах, содержащих сероводород [143], водяной пар [144, 145], двуокись серы [245] и хлористый водород [145]. [c.105]

Чем богаче реквизит , тем сильнее эффект. И зрелищно, и по физическим свойствам кипящие слои, псевдо-ожижаемые различными газами (водородом, гелием, воздухом, углекислым газом или ксеноном), существенно различаются. Очень заметное влияние на поведение кипящего слоя оказывают давление и температура. А какая чудотворная сила заключена в материале зернистых частиц (особенно в его размере и плотности). Но ведь слои твердых частиц могут псевдоожижаться и капельными жидкостями, тем самым демонстрируя совершенно новые качества. Не исключена фильтрация газа сквозь слой зернистого материала, заполненный жидко- [c.73]

Было установлено, что на восприимчивость к вызванному водородом разрушению оказывает влияние и скорость охлаждения после отпуска. Охлаждение на воздухе дает лучшие результаты, чем закалка в воде [19]. Такое поведение молсет быть связано с влиянием скорости охлаждения на характер растрескивания и эффект межузельного разделения и распределения, наблюдавшийся в высокочистом л елезе [20]. Было бы важно исследовать стали с различными уровнями прочности и выяснить, насколько общим является влияние скорости охлаждения на стойкость против охрупчивания. [c.64]

Очевидно, что в сплавах с таким сложным составом (см. табл. 7) трудно было бы найти корреляцию между поведением водорода и определенными легирующими элементами. Систематические исследования в этой области не проводились. Сложность проблемы состоит в том, что многие изменения химического состава сплава оказывают существенное влияние на у -фазу [274, 276]. Другим фактором, затрудняющим анализ, является широкое разнообразие микроструктур сплавов [274, 285]. Современные суперсплавы обычно подразделяют на листовые, деформируемые и литейные сплавы, различающиеся количеством у. Листовые сплавы, такие как Уаспалой и Рене 41, содержат менее 257о у, тогда как в наиболее прочном деформируемом сплаве Удимет 700 количество у составляет около 357о- В литейных сплавах, таких как IN-100 и M.AR-M 200 содержание у может достигать 55—65%. Все эти сплавы могут испытывать сильное охрупчивание в водороде [84, 270]. [c.115]

Несколько параллелей можно провести также в области влияния микроструктуры на индуцированное водородом разрушение материалов. Наиболее общей из таких закономерностей является положительный эффект уменьшения размера микроструктуры, будь то размер зерна, пластинок мартенсита или частиц выделившейся фазы, например, видманштеттовых а-частиц в титановых сплавах. Положительное влияние этого фактора обычно отмечается также в связи с прочностью, вязкостью разрушения и сопротивлением усталости материалов, так что измельчение микроструктуры может служить примером того, как улучшение одних свойств сплава не влечет за собой очевидного ухудшения других параметров [64] (наиболее существенным исключением является высокотемпературная ползучесть, не рассматриваемая в данной главе). Таким образом, те исследования изменения свойств сплавов под воздействием окружающей среды, в которых размер микроструктуры остается неконтролируемым, просто игнорируют одну из важнейших переменных, даже в тех случаях, когда размерные эффекты не являются главным фактором, определяющим поведение системы. [c.119]

Теперь можно попытаться объединить представления о роли электрохимических факторов, влиянии типа скольжения и других металлургических переменных, а также о поведении водорода, и построить общую картину индуцированного водородом растрескивания. Признаком успешного решения этой задачи была бы способность модели найти общие элементы в таких очевидно различных явлениях, как потери пластичности (уменьшение относительного сужения) аустенитных нержавеющих сталей при испытаниях на растяжение в газообразном водороде при высоком давлении и разрушение тина скола, наблюдаемое в сплаве титана при испытаниях в условиях длительного нагружения в мета-нольном хлоридном растворе. Должна быть обоснована возможность протекания, наряду с чистыми процессами анодного растворения и водородного охрупчивания, также смешанных и составных процессов. Ниже представлено качественное описаппе по крайней мере исходных посылок такой широкой модели. В ней свободно используются и уже известные представления. [c.133]

Выше была описана корреляция характера скольжения и склонности к индуцированному внешней средой растрескиванию в этих сплавах, и по крайней мере вероятно, что эта корреляция обуслов лена рассмотренными ранее эффектами, связанными с дислокационным переносом водорода. Говоря о поведении таких сплавов, необходимо учитывать и наличие гидридов некоторые авторы обсуждали влияние гидридов на характер разрушения — здесь следует выделить работы Скалли и др. [231, 338]. В пользу наличия эффектов дислокационного транспорта могут свидетельствовать образование гидридов в полосах скольжения [222, 224, 316, [c.141]

Имеется сравнительно немного микроструюурных данных в масштабе трансмиссионной электронной микроскопии, касающихся индуцированного внешней средой разрушения этих материалов. Поведение высокопрочных мартенситных сталей определяется процессами, связанными с основами механики разрушения [15, 16, 22, 344] и вполне может контролироваться диффузией водорода впереди трещины [318]. В отличие от всех уже рассмотренных систем сплавов, в сталях, особенно в высокопрочных, могут отсутствовать эффекты, обусловленные дислокационным транспортом водорода и характером скольжения. Однако, как мы уже отмечали, в этих сталях наблюдаются эффекты, связанные с влиянием состава и микроструктуры, для объяснения которых возможно понадобится привлечь представление о дислокационном транспорте. Один из главных вопросов относится к поведению примесей-ингибиторов рекомбинации водорода, поскольку их выделение в [c.142]

Мы полагаем, что в действительности важны обе эти возможности [68]. Значение характера скольжения обусловлено наличием переноса водорода по дислокациям. Если дислокационный перенос сопровождается разрезанием упрочняющих выделений, то скольжение является сильно планарным и на границах может накопиться значительное количество водорода. Последую-игее влияние этого водорода будет зависеть от характера выделений на границах, поскольку эти выделения будут служить центрами накопления водорода и, следовательно, зародышами разрушения [173. 328, 353]. Таким образом, мы считаем, что конкуренция двух процессов, обусловленных характером внутренности зерна и зернограничными выделениями соответственно, просто отражает две стороны одного и того же явления, при условии, что в нем действительно принимает участие водород. Следовательно, мы, присоединяемся к тем исследователям, которые в большинстве случаев (по крайней мере отчасти) связывают поведение алюминия при КР с водородом [169—173, 179, 183, 328, 329, 354—358]. [c.144]

Было несколько интересных работ по сталям. В одной из них утверждалось, что уменьшение размера зерна понижает Kth [S79] предшествующие данные всегда демонстрировали обратное. Однако приведенный в качестве подтверждения рис. 5 в работе [379] не является убедительным. Были бы полезными дополнительные исследования влияния размера зерна в сталях с различными уровнями прочности, особенно, учитывая, что имеются и данные, показывающие что уменьщеиие размера зерна повышает Kth, если содержание примесей в стали доведено до очень низкого уровня. Исследование КР сталей типа 4340 [381] также показало, что главную роль играет водород. Исследование, выполненное на нелегированных углеродистых сталях меньшей прочности (около 700 МПа) с различным содержанием Мп [382], обнаружило, что концентрация Мп не влияет на индуцированную водородом потерю пластичности, но зато определяет склонность к КР в случае перлитной микроструктуры. В то же время в случае микроструктур со сфероидальным графитом стойкость к КР не ухудшается заметным образом с увеличением содержания Мп [382]. Таким образом, в отличие от некоторых утверждений [383], микроструктура материала влияет на поведение Мп при уровнях прочности ниже 690 МПа. В то же время уместно вновь напомнить о преобладающей важности неметаллических включений [383, Э84] в процессах водородного разрушения. Наконец, не будет преувеличением заметить, что попытки оценить результаты термомеханической обработки и микроструктурные эффекты, не контролируя уровень прочности или скорость охлаждения пос.те термообработки [385], не могут дать осмысленных результатов, особенно при отсутствии как микрострук-турной, так и фрактографической информации. Как уже обсуждалось в тексте, в тщательно выполненных исследованиях термомеханическая обработка дает обнадеживающие результаты для высокопрочных сталей [386]. [c.148]

Приведенные примеры взаимодействия некоторых металлов и сплавов с кислородом и водородом не исчерпывают проблемы формоизменения под влиянием окружающей среды. Они лишь иллюстрируют часть вопросов этой проблемы. Большие размерные и структурные изменения происходят и при термоциклировании в среде, содержащей серу, галогены и их соединения, жидкие металлы и т. д. При этом могут иметь место разнообразные явления. Так, в теплообменных аппаратах с жидкометаллическим теплоносителем размерные изменения вызваны и массопереносом из одной части детали в другую [97, 180]. Материалы ядер-ного реактора распухают вследствие выделения газообразных продуктов деления [220]. Но и в тех случаях, когда взаимодействие со средой не сопряжено с большими размерными изменениями, оно сказывается на поведении металлов при термоциклировании даже в отсутствие значительных температурных градиентов в сечении детали. Предпосылкой для необратимого формоизменения металлов может явиться неодновременность развития фазовых превращений благодаря наличию в детали химической и структурной неоднородностей. [c.166]

На рис. 4-18 и 4-19 приводятся расчетные значения для теплопроводности смесей ацетон-бромистый водород [(СНз)гСО—НВг] и ацетон-аммиак (СНз)2СО—ННз] в зависимости от состава смеси при температуре 373,2" К-Расчет теплопроводности смесей (СНз)2СО—НВг и (СНз)2СО—ННз был Яроведен для выявления влияния величины дипольных моментов молекул компонентов смеси на поведение зависимости теплопроводности смеси от состава. [c.122]

Эти же авторы [153] исследовали влияние добавок некоторых окислителей в раствор 0,1 н Na l на изменение коррозионной усталости. Результаты этих исследований выражены диаграммой на фиг. 60. Перекись водорода при малых добавках (до 0,1%) к Na l действует как катодный деполяризатор, поэтому обеспечивается более совершенная деполяризация катодов и сопротивление коррозионной усталости (нисходящая ветвь кривой) падает. Поведение восходящей ветви кривой объясняется уже пассивирующим действием перекиси водорода. [c.116]

Было исследовано влияние одновременного легирования компонентами, повышающими пассивируемость (Сг, Мо) и катодную эффективность (Pd) на коррозионное и электрохимическое поведение титана [126]. Подобные сплавы показали максимальную пассивируемость и максимальную устойчивость в серной и соляной кислотах по сравнению со всеми известными сплавами на основе титана. Повышение коррозионной устойчивости сплавов Ti—15%Мо и Ti—15% Сг при легировании их 2% Рс1может быть пояснено на основе анализа поляризационных кривых для этих сплавов в растворе 80%-пой H2SO4 при температуре 18° С (рис. 64). Из диаграммы видно, что легирование титана 15% Мо снижает критический ток пассивирования г п и смещает в более отрицательную сторону потенциал полного пассивирования i nn- Легирование титана 15% Сг несколько увеличивает критический ток иас-сивирования, но сильно сдвигает в отрицательную сторону потенциал пассивирования, особенно потенциал полного пассивирования i nn- Потенциал коррозии всех этих сплавов, дополнительно легированных 2% Pd, вследствие весьма низкого перенапряжения водорода на тонкодисперсных включениях палладия, постоянен и приблизительно равен нулю вольт следовательно, он находился в зоне нестабильной пассивности сплавов (заштрихованная горизонталь на рис. 64). В этих условиях коррозионная устойчивость [c.94]

В железе высокой степени чистоты, по данньпм [282], пластическая и термическая обработки не вызывают заметных изменений в плотности и в способности к окклюзии водорода. Но Б магнитной стали SAE1020 (0,17% С) под влиянием деформации путем вытяжки на 60 /о уменьшается плотность на 0,1% и в 100 раз увеличивается окклюзия водорода из газовой фазы (при 250 °С), последующий отжиг восстанавливает плотность и приводит к резкому уменьшению окклюзионной способности к водороду. Для объяснения такого различия в поведении высокочистого железа и промышленной стали Дж. Килер и X. Дейвис [282] выдвигают предположение об образовании в последнем случае ловушек двух видов в результате неполного пластичного течения феррита вблизи неметаллических включений и других чужеродных фаз. В больших ловушках водород может накапливаться в газовой форме. Эти ловушки не исчезают при отжиге, а уменьшаются до малых структурных дефектов. [c.87]

Таким образом, при конструировании машин и конструкций необходимо учитывать вредное влияние на поведение стали, работающей в условиях воздействия внешних растягивающих нагрузок и коррозионной наводороживающей среды, внутренних растягивающих напряжений в металле, возникающих при его механической и термической обработке, а также пластической деформации металла при изготовлении деталей, ведущих к образованию микрозародышей трещин и способствующих их развитию при абсорбции металлом водорода. [c.139]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...