Waterstofverbrossing van bouten van gelegeerd staal (1)
Breuk door waterstofverbrossing van bouten is een veel voorkomende vorm van falen. Omdat breuk door waterstofverbrossing wordt vertraagd en verborgen, is de schade die het met zich meebrengt veel groter dan de schade veroorzaakt door andere breuken. Sinds deze eeuw zijn breuken met waterstofverbrossing van bouten van gelegeerd staal alledaags, waardoor de normale ontwikkelingsvolgorde van ruimtevaartmodellen ernstig wordt belemmerd, en ze hebben het niveau bereikt van "praten over waterstofverkleuring". Om meer wetenschappelijk en technisch personeel in staat te stellen het mechanisme van waterstofverbrossing te begrijpen, de wet van waterstofverbrossing van bouten te begrijpen en effectief het optreden van waterstofverbrossing van bouten te voorkomen, zijn de resultaten van deze onderzoeken nu geschreven en geïntroduceerd voor lezers ' referentie.
1 Mechanisme en proces van waterstofverbrossingsbreuk
1.1 Het concept van waterstofverbrossing
Studies hebben aangetoond dat de mogelijke vormen van waterstof in metalen waterstofatomen, waterstofionen, waterstofmoleculen, methaan, atoomgroepen, metaalhydriden enz. Omvatten. Daaronder zijn vrije waterstofatomen, waterstofionen en waterstofmoleculen de belangrijkste oorzaken van waterstof. verbrossing. Waterstof in vaste toestand is de belangrijkste oorzaak van broze materiaaleigenschappen. De schadepunten van waterstof aan metalen kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën: de ene is dat waterstof zwemt en zich ophoopt in het metalen materiaal, microscheuren en blaren vormt en tenslotte waterstofverbrossingsbreuk veroorzaakt; de andere is waterstofcorrosie, dat wil zeggen, waterstof zit in het metalen materiaal. Chemische actie vindt plaats in het materiaal om broze hydriden te vormen, die de mechanische eigenschappen van het materiaal verandert en waterstofbrosheid van het materiaal veroorzaakt. De waterstofverbrossingsbreuk van bouten en veerringen van gelegeerd staal behoort tot de eerste categorie, en de waterstofverbrossing van bouten van titaniumlegering behoort tot de laatste categorie.
1.2 Het mechanisme van waterstofverbrossingsbreuk
De zogenaamde waterstofverbrossingsbreuk is de vertraagde breuk die optreedt wanneer waterstof in het metalen materiaal dringt en materiële schade veroorzaakt, waardoor het materiaal een statische spanning ondergaat die lager is dan de vloeigrens van het materiaal. Het gevaar is dat dit soort breuk optreedt onder de vloeigrens van het materiaal zonder enige plastische vervorming en de vertragingstijd kan niet worden gecontroleerd. Daarom is waterstofverbrossingsbreuk zeer schadelijk voor de machinebouw. Alleen door het mechanisme van waterstofverbrossingsbreuk te begrijpen en de wetten van waterstofverbrossingsbreuk onder de knie te krijgen, kan het optreden van waterstofverbrossingsbreuk effectief worden vermeden.
De dissociatie of diffusie van waterstof in materialen van hoogwaardig staal volgt bepaalde regels, en zowel de concentratiegradiënt als de spanningsgradiënt zijn de drijvende krachten voor waterstofdiffusie. Met andere woorden, waterstof zal diffunderen van het gebied met hoge concentratie naar het gebied met lage concentratie en zich ophopen van het gebied met lage spanning naar het gebied met hoge spanning. Wanneer er poriën, insluitsels, microscheuren en andere defecten zijn in materialen van hoogwaardig staal of een hoge spanningsconcentratie, zullen de vrije waterstofionen zich verzamelen tot de uiteinden van microscheuren of gebieden met hoge spanningsconcentratie onder invloed van spanning om te combineren tot vormen waterstofmoleculen. Tegelijkertijd neemt de druk van waterstof toe. Wanneer de druk een bepaald niveau bereikt, zullen de microscheuren van het materiaal uitzetten, uitzetten en de druk laten ontsnappen, terwijl waterstofmoleculen ontsnappen uit het metalen materiaal in de vorm van waterstof. Onder invloed van stress blijft de vrije waterstof zich ophopen tegen het einde van de geëxpandeerde microscheuren om nieuwe waterstofmoleculen te vormen, waardoor de microscheuren blijven uitzetten en evolueren naar grotere scheuren. Een dergelijke herhaalde voortzetting en herhaalde accumulatie van waterstof vormen continu waterstofmoleculen, en de materiaalscheuren blijven toenemen en uitzetten, wat uiteindelijk leidt tot het breken van het metalen materiaal. Dit mechanisme bepaalt de vertraging van de breuk door waterstofverbrossing en de onzekerheid van de vertraagde breuktijd. waardoor de microscheuren blijven uitzetten en evolueren naar grotere scheuren. Een dergelijke herhaalde voortzetting en herhaalde accumulatie van waterstof vormen continu waterstofmoleculen, en de materiaalscheuren blijven toenemen en uitzetten, wat uiteindelijk leidt tot het breken van het metalen materiaal. Dit mechanisme bepaalt de vertraging van de breuk door waterstofverbrossing en de onzekerheid van de vertraagde breuktijd. waardoor de microscheuren blijven uitzetten en evolueren naar grotere scheuren. Een dergelijke herhaalde voortzetting en herhaalde accumulatie van waterstof vormen continu waterstofmoleculen, en de materiaalscheuren blijven toenemen en uitzetten, wat uiteindelijk leidt tot het breken van het metalen materiaal. Dit mechanisme bepaalt de vertraging van de breuk door waterstofverbrossing en de onzekerheid van de vertraagde breuktijd.
De beweging van waterstof in materialen van hoogwaardig staal is een omkeerbaar fenomeen. Het kan volgens zijn eigen regels in het materiaal zwemmen, of het kan waterstof drijven om uit het materiaal te ontsnappen door waterstof te verwijderen, wat de zogenaamde "verwijdering van waterstof" of "verwijdering van waterstof" is.
2 De basiswet van waterstofverbrossingsbreuk
2.1 Drie elementen van waterstofverbrossingsbreuk
Aan drie voorwaarden moet zijn voldaan om waterstofverbrossingsbreuk te laten optreden, de zogenaamde drie elementen van waterstofverbrossingsbreuk, zoals weergegeven in figuur 1. De drie elementen zijn: ① materialen die gevoelig zijn voor waterstofverbrossing; ② Inademing van een bepaalde hoeveelheid vrije waterstof in het materiaal; ③Het materiaal draagt voldoende statische trekspanning.
2.2 Het optreden van waterstofverbrossingsbreuk
Onder normale omstandigheden moet waterstofverbrossingsbreuk drie fasen doorlopen: incubatieperiode, scheurgroeiperiode en plotselinge breuk.
2.3 Materialen die kunnen leiden tot breuk door waterstofverbrossing
Niet alle materialen kunnen breuk door waterstofverbrossing veroorzaken. Materialen die waterstofverbrossing kunnen veroorzaken, verwijzen naar materialen die gevoelig zijn voor waterstofverbrossing. Er zijn veel factoren die de gevoeligheid van materialen voor waterstof beïnvloeden, met name de chemische samenstelling, de metallografische structuur en de treksterkte van het materiaal.
Studies hebben aangetoond dat koolstof een grotere invloed heeft op de waterstofgevoeligheid van materialen. Hoe hoger het koolstofgehalte, hoe gevoeliger het materiaal is voor waterstof. Onzuiverheden zoals zwavel en fosfor zijn ook de belangrijkste factoren die de gevoeligheid van het materiaal voor waterstofverbrossing vergroten.
De metallografische structuur heeft ook een significant effect op de waterstofgevoeligheid van het materiaal. Metallografische structuur met afnemende waterstofgevoeligheid: gehard martensiet, bovenbainiet (grof), onderbainiet (fijn), sorbiet, perliet en austeniet. In termen van metallografische structuur, hoe grover de kristalkorrels, hoe gevoeliger het materiaal is voor waterstof. Hoe hoger de treksterkte van het materiaal, hoe gevoeliger het is voor waterstofverbrossing. Internationaal wordt algemeen aanvaard dat breuk door waterstofverbrossing alleen optreedt als de treksterkte gelijk is aan of groter is dan 1050 MPa.
Materiële defecten (microscheuren, poriën, insluitsels, enz.) Zijn de plaatsen waar waterstof de neiging heeft zich op te hopen. Hoe meer defecten, des te meer bronnen van breuk van het materiaal optreden en des te hoger de gevoeligheid voor waterstofverbrossing van het materiaal. Abrupte veranderingen in de vorm van de materiaalstructuur zijn de plaatsen waar stress geconcentreerd is, en het is ook waar waterstof zich graag ophoopt. Hoe groter de spanningsconcentratiefactor, hoe gevoeliger het is voor waterstofverbrossing.
