תפקיד ההיברידיות של מימן מימן בכישלון של פלדה גבוהה

פלדה גבוהה סטריאנט הפכו הכרחיים בהנדסה מודרנית, המאפשרים מבנים קלים, חזקים יותר ויעילים יותר דלק על פני גשרי רכב, אווירופייס, ותעשיות בנייה כבדות שלהם יחס כוח-משקל יוצא דופן שלהם, עם זאת, מגיע עם פגיעה נסתרת: רגישות לחיסול מימן (הוא) תופעה זו בסובסידית יכולה להפוך חומר דקוי, קשיח לתוך חומר מלוטש, אשר אינו משפיע לעתים קרובות על כוח כבד, כי הוא רק על כלי הילוך קריטי, כי הוא רק על ידי קרינה, כי הוא רק על ידי קרינה גבוהה.

מה זה Acgen Embrittlement?

התגלמות מימן הידרוגן מתייחסת לאובדן של קשיחות ושבר במתכת הנגרמת על ידי נוכחות של מימן אטומי בתוך המבצר.בניגוד גז מימן מולקולרי, שאינו מזיק, אטומי מימן מונוגנטיים הם קטנים מספיק כדי להתפוגג דרך המיקרו של פלדה.רגע בפנים, הם מצטברים באתרי ריכוז - בגבולות חמורים, הכללות לא מטבוליות, פירוקים, וסדקים, עם לחץ מתכתי, הם מקדמים קשרים מתכתיים, עם לחץ מתכתי, ופעולות מתוחים, עם כוחות מתכתיים, עם לחץ מתכתי, ופעולות מתוחכמות, עם לחץ.

התופעה הוכרה במשך יותר ממאה שנים. כישלונות מוקדמים ברכיבי פלדה גבוהים במהלך מלחמת העולם השנייה, כגון כבריגים מטוסים ופירים מדחף, היו חלק מהמקרים הראשונים המתועדים לקליטת מימן.מאז, מחקר נרחב ביסס הבנה מתכתית מוצקה, אם כי המנגנונים המדויקים של אטומים ממשיכים להיות מעודן.

3 תנאים דרושים ל- Hydrogen Embrittlement

עבור מיצוי מימן להתרחש, שלושה תנאים חייבים להתקיים:

מקור המימן:0 (מקור של מימןFLT:1) - מתהליכי ייצור (איור, ריתוך, איסוף) או סביבות שירות (שחיתות, הגנה קטוודית, גז מימן בלחץ גבוה).
(FLT:0) חומר רגיש FLT:1 - פלדה גבוהה סטרנגית (כוח מעל 1000 MPa) הם פגיעים במיוחד, במיוחד אלה עם מיקרו-מבני מרטן או ביניסטים.
(FLT:0) מתח רגישה 1 (FLT) - או החל עומס חיצוני או לחצים פנימיים של שאריות מהעבודה הקרה הקודמת, ריתוך, או טיפול חום.שילוב של מימן, מיקרו-מבנה רגישים, ומתח מוביל לעיכוב השברים, לעתים קרובות לאחר שעות או ימים של שירות בעומס קבוע.

איך להגות Hydrogen Embrittlement Occur?

הידרוגן יכול להיכנס פלדה בכל שלב של מחזור החיים שלה.הבנת המסלולים היא חיונית להפחתה יעילה.

מקורות ייצור ומעבד

פעולות ייצור נפוצות רבות מציגות מימן לפלדה:

(FLT:0)ElectroplatingFLT:1 - אבץ או קדמיום בשפע, לעתים קרובות בשימוש להגנה על קורוזיה, יכול לייצר מימן אטומי בקטודה.
(ב) ⁇ :0) ,WeldingFLT:1 - לחות בפלואקס או מגן על גזים מתפזרים בתוך הקשת, שחרור מימן לתוך בריכת השכבות המומה.
(FLT:0) ,Pickling ו Acid ניקויFLT:1) - הסרת משקל כימי עם חומצה sulfuric או הידרוכלורית יכול לייצר מימן אטומי כי מטבול לתוך פני השטח פלדה.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גם לאחר רכיב בשירות, ניתן להציג מימן:

(FLT:0CorrosionFLT:1) - התגובה הקטודודית בקורוזיה קורוזיון מוזר מייצרת מימן אטומי.זה בעייתי במיוחד בסביבות לחות או ימיות שבו הפיכה גליונית מאיצה את הדור המימן.
(FLT:0Cathodic ProtectionFLT:1) - מתרשמים את השרידים הנוכחיים או הקרביים על פני משטחי פלדה מוגנים, ומייצרים גז מימן.Overprotection מעלה את הסיכון לחיסול, במיוחד בפלדות סטריאנטות גבוהות המשמשות בחו"ל.
(FLT:0) בלחץ גבוה מימן פליטה:1) - אחסון וציוד תחבורה עבור גז מימן (למשל, בכלי רכב תא דלק או תהליכים תעשייתיים) נחשפים ישירות למולקולות מימן שמפרקות על פני השטח פלדה ו diffuse פנימה.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ברגע בתוך הפלדה, מימן אינו נשאר קבוע.זה מתפזר בין-יסודי, מונע על ידי ריכוז ⁇ s ושדות מתח.הוא מצטבר באתרי מלכודות - חסרונות, גבולות דגנים, חלקיקים דו-פזה שנייה. האנרגיה המחייבת במלכודות אלה קובע כמה בקלות מימן ניתן להסיר (למשל, באמצעות מלכודות חזקות כמו carbide מחזיקות ממשקי מימן באופן יותר חלש מאשר מלכודות חלשות.

מכניזם של נזקי מימן

כמה מנגנונים הוצעו כדי להסביר כיצד מימן מקטין את התכונות המכאניות של פלדה גבוהה סטרנגית.אין שום מנגנון אחד חשבונות עבור כל התצפיות; לעתים קרובות מנגנונים מרובים פועלים בו זמנית.

הידרוגן-הנסד Decohesion (HEDE)

תורת HEDE מציעה כי מימן מצטבר בגבולות דגנים וממשקי מטריקס חלקיקים, הפחתת הכוח השיתופי של האג"ח האטומי.כאשר מתח רבילי מוחל, האנרגיה השיתופית יורדת לנקודה שבה הפרדה גלימה מתרחשת לפני עיוות פלסטי משמעותי.מנגנון זה משמש לעתים קרובות לשברים בין-גרפיים שנצפו בחדות גבוהות של מימן.

הידרוגן-הנסד הפלסטיות המקומיות (HELP)

מנגנון HELP מציע כי הגנה מימן מתפזרות זה מזה, קידום התנועה שלהם בלחץים יישומיים נמוכים יותר.פלסטיקה מקומית זו מתמקדת במתח לתוך להקות צרות, המוביל לטיהור ומחזור פחם בזנים מקרוסקופיים נמוכים יותר מאשר להתרחש בהיעדר מימן.Fractures לעתים קרובות להראות מיקרו-מפרקנס - כריזמטי של כשלונות - אבל בדלנות נמוכה יותר במיקרו-מיקרו-מגנטים ( ⁇ ) נתמך על ידי אלקטרו-מסלולאריות ( ⁇ ) תצפיות מיקרו- ⁇ ).

אדים-התמכה (AIDE)

AIDE מציע כי מודעות מימן שקועות על פני השטח של קצה השבר מחליש אג"ח בין-אטומי, מה שהופך אותו קל יותר עבור פירוקים כדי פולטים מן קצה הסדקים ולקדם את הסדקים על ידי עלייה קטנה.מנגנון זה יכול לפעול לצד HEDE ו HELP והוא רלוונטי במיוחד בהתגלמות מימן גזי.

בפועל, המנגנון הדומיננטי תלוי ברמת הכוח של הפלדה, המיקרו-מבנה והריכוז המימן.עבור פלדות אולטרה-גבוהות (כוח עז ואגט; 1500 MPa), HEDE הוא לעתים קרובות המצב העיקרי, גורם שבר בין-גרידי פתאומי.עבור פלדה בינונית-סטרית, HELP עשוי לשלוט, וכתוצאה מכך ירידה בדלילות ושבץ מוחי.

השפעות על פלדה גבוהה-Strength

לא כל הפלדה רגישים באותה מידה.אפקט מימן בולט ביותר בחומרים עם כוח רבנים גבוה, טמפרטורות ממזג נמוך ורמות לחץ פנימיות גבוהות.

Vulnerability

המבנים הבילוניים והקטנטניים האופייניים לפלדות גבוהות מכילים גבולות וממשקים רבים שמשמשים כאתרי מלכודות.מיקרו-מבנה הללו גם בעלי מתח פנימי גבוה מהטרנספורמציה הנשנית.השילוב יוצר כוח מניע גבוה להצטברות מימן. מקיפים ומותקים בטווח MPa 1200-2000 ידועים לשמצה בזכות הרגישות שלהם: מימן נמוך כמו כמה שיותר מ- 10 מיליון יחידות לא יכולות להפחית את הפלדה.

כוח לעומת קיבולת המסחר-Off

ככל שהכוח עולה, קשיחות השבירה יורדת בדרך כלל, והאפקט המזיקים של מימן הופך חמור יותר.זו הסיבה שאנרגיות גבוהות, מעיינות, ורכיבי ציוד דורשים שליטה זהירה של מימן במהלך הייצור. A הברגר עשוי מ-AISI 4340 פלדה ממוזג ל-260 ksi (1793 MPa) עלול לשרוד מבחן פירע, אך נכשל באופן בלתי צפוי לאחר מספר שעות תחת עומס קבוע אם כמות קטנה של מימן היא עדיין מחוסמת, או מחוסמת, או מחוסמת, כמו גם מעייפות סטטית, או מחוסמת, או ממחלה סטטית, היא .

אסטרטגיות מניעה ומייגציה

חיסול של מימן הוא רק לעתים רחוקות אפשרי, אבל הסיכון ניתן לנהל באמצעות שילוב של בחירת חומרים, בקרת תהליכים, עיצוב וטיפולים לאחר עיבוד.

בחירה חומרית

בכל פעם שניתן, לציין ציון נמוך יותר או פלדה עם התנגדות משופרת ל- HE יכול להפחית את הסיכון.לדוגמה, ניהול פלדה עם מבנה מטבולנט ממוזג ופיזור קלקול דק נוטה ללכוד מימן בצורה לא מזיקה יותר מאשר carceres coarse. ניקל ו molybdenum תוספת יכול לשפר התנגדות על ידי refining המיקרו-מבנה ולהגדיל את צפיפות מימן הפוכה.

ייצור נמוך-Hydrogen

(FLT:0) WeldingFLT:1 - השתמש אלקטרודות דל-hydrogen, יבש את השטף או חוט, ו preheat את המתכת הבסיסית כדי להאט את קצב קירור ולאפשר מימן להתפוגג מאזור השכבות.
(ב) ⁇ 0 (PlatingveFLT:1) - קדמיום חלופי או אבץ בשפע עם חלופות כגון סגסוגת אבץ-ניקל או Dacromet, אשר מייצרים פחות מימן או יותר ניתן לאחר הלידה.
(FLT:0) post-platingאפיית אפיהFLT:1 - חימום החלק ל-190-230 ° C (375-445 °F) במשך מספר שעות מיד לאחר שעומס מאפשר מימן לכוד להתפוגג.היעילות תלויה במידת עובי וחוזק מלכודות מימן.
(ב) ,0) מעכבי קדחתנים (FLT:1) - הוספת מעכבי קורוזיה ללחיצות חומצה מפחיתה את כמות מימן האטומי שנוצר.

עיצוב וניהול מתח

הפחתת מתחים ברייליים - הן יישומיות והן חיניות - מורידה את כוח הנהיגה של סדקים המושרה מימן. Shot הצצה או משטח מתגלגל מציג מתחים דחוסים של שאריות על פני השטח, שבו מימן הוא הגדול ביותר.הימנעות מזנים חדים, מרשימות, ושינויים חמורים גם מפחית ריכוז הלחץ.

בקרת הסביבה

בשירות, שליטה בסביבה יכולה להגביל את כניסת מימן.לדוגמה, בצמחים ימיים או כימיים, ציפויים המבודדים את הפלדה ממדיה קורוזית (למשל, epoxy, Polyurethane) להפחית את ייצור המימן הקטודי.עבור מבנים מוגנים באופן קטווידי, שמירה על פוטנציאל ההגנה בטווח המומלץ (למשל, 0.0.0.85 לעומת Cu/SO עבור מים) בטמפרטורות מפלדה.

טיפול חום

טיפול ממזג לאחר הנוקשות מקטין את הלחץ הפנימי ויכול לשנות את חלוקת אתר המלכודת.טמפרטורות גבוהות יותר (מעל 400 מעלות צלזיוס) בדרך כלל לשפר את ההתנגדות ל- HE, אם כי על חשבון כוח כלשהו.במקרים מסוימים, "אופה הידרוגן" מבוצעת לפני לשים חלק לשירות - באופן זמני 24 שעות ב 200 מעלות צלזיוס - כדי להסיר מימן דיפרנציואלי.

מחקרים וכישלונות אמיתיים

מקרי התגלמות של התגלמות מימן מתועדים על פני תעשיות רבות.מבחן הכישלונות האלה מחזק את הצורך הקריטי של שימור.

כישלונות מהירים

כלי רכב צבאיים מסתמכים רבות על ברגים ו אגוזים גבוהים.ב-2017 סדרה של כישלונות בנושא מטוסים של הצי האמריקאי סיפון עניבה-הפנייה לאחור היה במעקב על הריסות מימן שהוצגו במהלך מיצוי אבץ.המפרט המקורי לא דרש אפייה לאחר לוחית עבור חלקים מעל כוח מסוים.לאחר שברים קרביים התרחשו במהלך טיפול שגרתי, הצי המנדט על כל מהר עם עוצמות מתוחות מעל 150 וריחות.

Offshore Pipeline ו- Riser Cracking

פלדה קו-מנועי גבוה (X80, X100) בשימוש בהובלת גז סויה רגישים לפצח הנפץ המושרה מימן (HIC) כאשר מימן sulfide הוא נוכח.אירוע ידוע התרחש בשנות ה -2000 על פלטפורמת גז בים הצפוני: צינור X80 X80 אינץ '84 לא נכשל במהלך בדיקת הידרוזה, שחרור גז וגורם חקירה חלקית סגורה מימן כי הוא פתח את דרישות ה-HLTFide המקומי.

מכונית Suspension Springs

(מעיין גבוה במנועי ספורט (כוח רב עוצמה >1700 MPa) משמשים בהשעיות רכב. בתחילת שנות ה -2000, כמה דגמים של מכונית יוקרה חוו שברים באביב מוקדם לאחר כבישים מלח החורף.שילוב של קורוזיה ממלח כביש (יצירת מימן) ולחצים גבוהים שירות הובילו לדיכוי מימן.התיקון מעורב מעבר פלדה עם מזג משופר (גבוה) החל מטמפרטורה של FINEFighting) ו-Fvgicervine (Fvd) היה לבודד חומרים (Fvd) ו-Fvgicervd) ו-Fvdowdationervd) היה מ-HD (Fvd) מ-Fvding dicasting dicasting: HD) ו-Fvdation (Fvd) ו-Fvding ditrad) מ-F1D) היה ממתכת (Fvine) ממתכת (Fvd) ו-Fvd) ו-Fvazing פלדה (Fazing dicasting פלדה (Fazing ditraxine) ו-Fvgine) ממתכתבהבמטרדלהלן: HD1D) היה ממתכת (Fvd)

בדיקות וסטנדרטים עבור הידרוגן Embrittlement

פיזור כי מרכיב הוא חינם מהתגלמות מימן בלתי מקובלת דורש בדיקות סטנדרטיות - הן כדי להעפיל חומרים ולבקר תהליכי ייצור.

שיטות מבחן נפוצות

(FLT:0) בדיקות עומס (ASTM F519)FLT 1:1 - דגימות (בדרך כלל לא מצופה דבורים או C-rings) מועסים באחוז קבוע של הכוח האולטימטיבי שלהם (למשל, 75% - 90%) וחשוף לסביבה שעשויה להציג מימן בתוך זמן מוגדר (למשל 200 שעות) מעיד על רגישות.
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תקני תעשייה

סטנדרטים קידוד כוללים:

NACE TM0177 - בדיקות מעבדה של מתכות להתנגדות ללחץ sulfide (SSC) ב HIRFLT:0203FLT:1S סביבות.
ASTM F519 - שיטת מבחן סטנדרטית להערכת מיצוי מימן מכני של תהליכים וסביבות שירות בשפע.
ISO 11114-4 - שיטות מבחן עבור תאימות מימן של חומרים מתכתיים (שימוש עבור גלילי גז בלחץ גבוה).

תאימות עם סטנדרטים אלה נכתב לעתים קרובות לתוך מפרט רכש עבור חלל חיוני, רכב, שמן ושמן וגז רכיבים.

מסקנה

ההתגלמות של מימן הידרוגן נותרה אחת המנגנונים המאתגרים ביותר בפלדות גבוהות.מורכבות שלה - תחזוקת דיפוזיה אטומית, אינטראקציות מיקרו-מבנה, ומשתנים הייצור - דורש גישה רב תחומית. מהנדסים חייבים להבין את מקורות מימן, את הגורמים המתכתיים השולטים בתעשיות הרגישות, ואת אמצעי הנגד היעילים הזמינים.