Embrittlement-ul de hidrogen este o preocupare critică în producerea și aplicarea șuruburilor de oțel carbon de înaltă rezistență, în special în industriile în care fiabilitatea mecanică și performanța pe termen lung sunt esențiale. Acest fenomen se referă la pierderea ductilității și la eventuala defecțiune a unui metal datorită prezenței și difuziei atomilor de hidrogen în structura sa cristalină. Înțelegerea modului în care se produce embrittlement -ul hidrogenului, în special la elementele de fixare din oțel de carbon, este esențială pentru producători, ingineri și profesioniști de control al calității pentru a preveni defecțiunile catastrofale.
Embrittlement de hidrogen în mare rezistență Șuruburi din oțel carbon În general, implică trei etape primare: introducerea hidrogenului, difuzarea hidrogenului și capturarea și o elaborare ulterioară care a dus la o defecțiune întârziată. Etapa inițială, intrarea cu hidrogen, poate apărea în mai multe puncte în procesul de fabricație. Sursele obișnuite includ decaparea (curățarea acidului), electroplarea (în special zincul sau cadmiul), fosfatul și chiar reacțiile de coroziune în timpul serviciului. Când un șurub este expus la medii acide sau procese electrochimice, hidrogenul atomic este produs pe suprafața metalului. Unii dintre acești atomi de hidrogen pătrund în matricea de oțel, în special în oțelurile care au o duritate ridicată sau o rezistență la tracțiune (de obicei peste 1000 MPa).
Odată în interiorul metalului, atomii de hidrogen pot migra și pot fi prinși la diferite defecte microstructurale, cum ar fi granițele, luxațiile, incluziunile și golurile. În oțelurile de înaltă rezistență, care tind să aibă o microstructură mai încordată și mai sensibilă datorită alierii și tratamentului termic, imperfecțiunile de zăbrele oferă site-uri favorabile pentru acumularea de hidrogen. În timp, chiar și cantități mici de hidrogen prins pot construi tensiuni interne care compromit coeziunea metalului, în special sub sarcini de tracțiune.
Mecanismul de îmbrățișare nu se datorează pur și simplu prezenței hidrogenului în sine, ci mai degrabă cum interacționează cu oțelul sub stres. O teorie acceptată pe scară largă este plasticitatea localizată îmbunătățită cu hidrogen (HELP), unde hidrogenul crește mobilitatea luxațiilor în regiunile localizate, ceea ce duce la inițierea și propagarea prematură a fisurilor. O altă teorie, cunoscută sub numele de deconeziune îmbunătățită cu hidrogen (HEDE), sugerează că hidrogenul slăbește legăturile atomice de-a lungul limitelor cerealelor, ceea ce duce la fractură intergranulară. În practică, ambele mecanisme pot funcționa simultan în funcție de compoziția de oțel, microstructura și condițiile de serviciu.
În aplicare, îmbrățișarea hidrogenului se manifestă adesea ca un eșec întârziat. Șuruburile care trec toate testele mecanice după fabricație pot eșua brusc după zile sau săptămâni de a fi în funcțiune, în special dacă sunt supuse stresului la tracțiune. Suprafața de fractură prezintă de obicei caracteristici fragile, cum ar fi clivajul sau fisurarea intergranulară, în ciuda materialului fiind ductil în condiții normale. Acest lucru face ca îmbrățișarea hidrogenului să fie deosebit de periculoasă, deoarece eșecurile apar fără avertisment și adesea în ansamblurile critice.
Pentru a preveni îmbrățișarea hidrogenului în șuruburile din oțel carbon de înaltă rezistență, sunt utilizate în mod obișnuit mai multe strategii. Primul este controlul procesului. Producătorii trebuie să minimizeze expunerea la hidrogen în timpul proceselor de tratare a suprafeței. De exemplu, utilizarea curățării alcaline în loc de decapare acidă și evitarea electroplarii acolo unde este posibil sau utilizarea alternative precum placarea mecanică. Dacă este necesară electroplarea, se efectuează un post-proces critic cunoscut sub numele de coacere. Aceasta implică încălzirea șuruburilor (de obicei la 190-230 ° C timp de câteva ore) la scurt timp după placare pentru a permite hidrogenului prins să se difuzeze înainte de a provoca daune.
Selectarea materialelor este o altă metodă de control. Reducerea conținutului de carbon sau selectarea oțelurilor din aliaj cu o rezistență mai bună la Embrittlement vă poate ajuta, deși acest lucru poate implica compromisuri în ceea ce privește forța și costurile. În plus, reducerea rezistenței finale de tracțiune a elementelor de fixare ușor sub pragul de îmbrățișare (citat în mod obișnuit ca ~ 1000 MPa) poate reduce dramatic susceptibilitatea.
În serviciu, reducerea stresului și controalele de mediu sunt esențiale. Evitarea excesului de strângere și utilizarea specificațiilor de cuplu adecvate poate limita stresul de tracțiune aplicat la șuruburi. Acoperirile de protecție, cum ar fi tratamentele de zinc-nichel sau fosfat combinate cu etanșatoare, pot proteja șuruburile de medii corozive care generează hidrogen. În aplicațiile extrem de critice, elementele de fixare sunt uneori specificate cu factori de siguranță încorporați pentru a ține cont de potențialele riscuri de îmbrățișare.
Embrittlement-ul de hidrogen în șuruburile din oțel carbon de înaltă rezistență este un fenomen complex, dar bine înțeles, care implică intrarea cu hidrogen, capturarea și propagarea fisurilor sub stres. Apariția sa este influențată de mai mulți factori, inclusiv compoziția oțelului, procesele de fabricație, expunerea la mediu și stresul serviciului. Prin controlul riguros al procesului, selecția adecvată a materialelor și protocoalele post-tratament precum coacerea, producătorii pot reduce semnificativ riscul de defecțiuni legate de hidrogen și pot asigura fiabilitatea pe termen lung a elementelor de fixare din oțel carbon în aplicații solicitante.
