Водородное охрупчивание болтов из легированной стали (1)
Разрушение болтов из-за водородного охрупчивания - распространенная форма отказа. Поскольку разрушение из-за водородного охрупчивания задерживается и скрывается, ущерб, который он приносит, намного больше, чем ущерб, вызванный другими трещинами. С этого века изломы болтов из легированной стали из-за водородного охрупчивания стали обычным явлением, серьезно препятствуя нормальному порядку разработки аэрокосмических моделей, и достигли уровня «разговоров о водородном обесцвечивании». Чтобы научный и технический персонал мог понять механизм водородного охрупчивания, понять закон водородного охрупчивания болтов и эффективно предотвратить возникновение водородного охрупчивания болтов, результаты этих исследований теперь написаны и представлены для читателей. Справка.
1 Механизм и процесс водородного охрупчивания разрушения
1.1 Концепция водородной хрупкости
Исследования показали, что возможные формы водорода в металлах включают атомы водорода, ионы водорода, молекулы водорода, метан, атомные группы, гидриды металлов и т. Д. Среди них свободные атомы водорода, ионы водорода и молекулы водорода являются основными причинами образования водорода. охрупчивание. Водород в состоянии твердого раствора является основной причиной хрупких свойств материала. Повреждения металлов водородом можно условно разделить на две категории: первая заключается в том, что водород плавает и накапливается в металлическом материале, образуя микротрещины, пузыри и, наконец, вызывая водородное охрупчивание трещин; другой - водородная коррозия, то есть водород находится в металлическом материале. В материале происходит химическое воздействие с образованием хрупких гидридов, который изменяет механические свойства материала и вызывает водородное охрупчивание материала. Разрушение болтов из легированной стали и пружинных шайб из-за водородного охрупчивания относится к первой категории, а излом из-за водородного охрупчивания болтов из титанового сплава относится ко второй категории.
1.2 Механизм водородного охрупчивания разрушения
Так называемое разрушение из-за водородного охрупчивания - это замедленное разрушение, которое происходит, когда водород проникает в металлический материал и вызывает повреждение материала, в результате чего материал подвергается статическому напряжению, меньшему, чем предел текучести материала. Опасность заключается в том, что такое разрушение происходит ниже предела текучести материала без какой-либо пластической деформации, и время задержки невозможно контролировать. Поэтому разрушение из-за водородного охрупчивания очень вредно для машиностроения. Только понимание механизма разрушения из-за водородного охрупчивания и изучение законов разрушения из-за водородного охрупчивания может эффективно предотвратить возникновение разрушения из-за водородного охрупчивания.
Диссоциация или диффузия водорода в высокопрочных стальных материалах подчиняется определенным правилам, и как градиент концентрации, так и градиент напряжения являются движущими силами для диффузии водорода. Другими словами, водород будет диффундировать из области высокой концентрации в область низкой концентрации и накапливаться из области низкого напряжения в область высокого напряжения. При наличии пор, включений, микротрещин и других дефектов в высокопрочных стальных материалах или при высокой концентрации напряжений свободные ионы водорода будут собираться на концах микротрещин или в областях с высокой концентрацией напряжений под действием напряжения, чтобы объединиться с ними. образуют молекулы водорода. В то же время давление водорода увеличивается. Когда давление достигает определенного уровня, микротрещины материала расширяются, расширяются и снимают давление, в то время как молекулы водорода покидают металлический материал в виде водорода. Под действием напряжения свободный водород продолжает накапливаться к концу расширенных микротрещин с образованием новых молекул водорода, в результате чего микротрещины продолжают расширяться и превращаться в более крупные трещины. Такое повторяющееся продолжение и повторяющееся накопление водорода непрерывно формирует молекулы водорода, и трещины в материале продолжают увеличиваться и расширяться, что в конечном итоге приводит к разрушению металлического материала. Этот механизм определяет задержку разрушения из-за водородного охрупчивания и неопределенность времени замедленного разрушения. что приводит к тому, что микротрещины продолжают расширяться и превращаться в более крупные трещины. Такое повторяющееся продолжение и повторяющееся накопление водорода непрерывно формирует молекулы водорода, и трещины в материале продолжают увеличиваться и расширяться, что в конечном итоге приводит к разрушению металлического материала. Этот механизм определяет задержку разрушения из-за водородного охрупчивания и неопределенность времени замедленного разрушения. что приводит к тому, что микротрещины продолжают расширяться и превращаться в более крупные трещины. Такое повторяющееся продолжение и повторяющееся накопление водорода непрерывно формирует молекулы водорода, и трещины в материале продолжают увеличиваться и расширяться, что в конечном итоге приводит к разрушению металлического материала. Этот механизм определяет задержку разрушения из-за водородного охрупчивания и неопределенность времени замедленного разрушения.
Движение водорода в высокопрочных стальных материалах - явление обратимое. Он может плавать внутри материала в соответствии со своими собственными правилами, или он может вытеснять водород из материала, удаляя водород, что является так называемым «удалением водорода» или «удалением водорода».
2 Основной закон водородного хрупкого разрушения
2.1 Три элемента разрушения из-за водородной хрупкости
Для возникновения разрушения из-за водородного охрупчивания должны быть соблюдены три условия, так называемые три элемента разрушения из-за водородного охрупчивания, как показано на рисунке 1. Этими тремя элементами являются: ① материалы, чувствительные к водородному охрупчиванию; ② Вдыхание определенного количества свободного водорода в материале; ③Материал выдерживает достаточное статическое растягивающее напряжение.
2.2.Процесс возникновения водородного хрупкого разрушения
В нормальных условиях разрушение из-за водородного охрупчивания должно пройти три стадии: инкубационный период, период роста трещины и внезапное разрушение.
2.3 Материалы, которые могут вызвать разрушение из-за водородного охрупчивания
Не все материалы могут вызвать водородное охрупчивание. Материалы, которые могут вызвать водородное охрупчивание, относятся к материалам, чувствительным к водородному охрупчиванию. На чувствительность материалов к водороду влияет множество факторов, в том числе химический состав, металлографическая структура и предел прочности материала на растяжение.
Исследования показали, что углерод в большей степени влияет на чувствительность материалов к водороду. Чем выше содержание углерода, тем более чувствителен материал к водороду. Примеси, такие как сера и фосфор, также являются основными факторами, повышающими восприимчивость материала к водородному охрупчиванию.
Металлографическая структура также существенно влияет на чувствительность материала к водороду. Металлографическая структура с уменьшением чувствительности к водороду: отпущенный мартенсит, верхний бейнит (крупный), нижний бейнит (мелкий), сорбит, перлит, аустенит. С точки зрения металлографической структуры, чем крупнее кристаллические зерна, тем более чувствителен материал к водороду. Чем выше предел прочности материала на разрыв, тем он более чувствителен к водородной хрупкости. В международном масштабе принято считать, что разрушение из-за водородного охрупчивания происходит только тогда, когда предел прочности при растяжении равен или превышает 1050 МПа.
Дефекты материала (микротрещины, поры, включения и т. Д.) - это места скопления водорода. Чем больше дефектов, тем больше источников разрушения материала и тем выше чувствительность материала к водородному охрупчиванию. Резкие изменения формы структуры материала - это места, где концентрируется напряжение, а также там, где любит накапливаться водород. Чем выше коэффициент концентрации напряжений, тем он более чувствителен к водородному охрупчиванию.
