Водородная хрупкость металлов
Тезисы докладов межвузовской
студенческой конференции "Физика и научно-технический прогресс" - Донецк 2006.
Лозовская А.В., проф. В.А. Гольцов
(Донецкий национальный технический университет. Украина)
В последние время проблема водородной хрупкости приобрела особую остроту в связи с перспективой применения водорода как топлива будущего. Особую роль в этом вопросе играет хрупкость конструкционных и высокопрочных сталей на основе железа, никеля, ванадия, титана и циркония.
Термин «водородная хрупкость» является условным, т.к. очень часто водород не приводит к полному разрушению, а лишь приводит к смягчению пластичности или полной ее потери.
Предотвращение водородной хрупкости при эксплуатации конструкций и изделий осложняется тремя факторами: во-первых, формы проявления водородной хрупкости многообразны, что предусмотреть все возможные варианты ее действия удается не всегда. Во-вторых, водород в металлах под действием градиента напряжений, температур и электрических потенциалов, очень подвижен и легко перераспределяется. В-третьих, не существует ограничений допустимых концентраций водорода применительно к данной конструкции в данных конкретных условиях эксплуатации. Существует 14 форм проявления водородной хрупкости: водородная коррозия, водородная болезнь, первичная газовая пористость, вторичная пористость, снижение ударной вязкости и вязкости разрушения, замедленное разрушение, снижение сопротивления деформации, поверхностные микро-ямы, коррозионное растрескивание, трещины разрыва или «рыбий глаз», «рыбья чешуя», охрупчивание в среде молекулярного водорода, образование пузырей, снижение пластичности при растяжении с малыми скоростями деформации. К примеру, «рыбья чешуя» - это дефект, состоящий в локальных сколах эмали, которая образуется после эмалирование. Это неисправный дефект эмалированных изделий. Причина его возникновения – выделение растворенного в стали водорода в молекулярной форме вдоль поверхности раздела металл – эмаль.
Существует много видов водородной хрупкости металла, но обязательным условием ее проявления является наличие одновременно водорода и напряжений, создаваемых давлением самого водорода. Такой вид водородной хрупкости часто является обратимым. В случае же растрескивания металла наблюдается необратимый характер водородной хрупкости. В последнем случае разрушение металла может происходить без приложения нагрузки, т.е. металл находиться в специально напряженном состоянии – водородной коррозии.
Реальные способы борьбы с преждевременной “смертью” металла заключается в применении вакуумирования для жидких металлов и обжиг для твердых.
Проблема защиты от водородной хрупкости неотделима от множества нерешенных проблем, а в наше время важно правильно поставить задачу – решение ее обязательно будет найдено.
© ДонНТУ Лозовская А.В. 2009
|