Влияние водорода на прочность, водородное охрупчивание
Основные выводы по влиянию водорода на объемную прочность стали сделал П. Коттерил. Они сводятся к следующему.
1 – Водород не оказывает существенного влияния на упругие характеристики железа и стали
2 – При содержании водорода до 0,1 см3/100 г твердость стали не меняется, хотя предел прочности уменьшается;
3 – Разрушающее напряжение снижается пропорционально росту концентрации водорода;
4 – Характеристики пластичности (удлинение, сужение) снижаются пропорционально повышению концентрации водорода вплоть до 5 см3/100г; при дальнейшем увеличении содержания водорода пластичность остается на низком уровне;
5 – Охрупчивание стали под влиянием водорода проявляется в интервале температур –100 … + 100 0С; наибольшая степень охрупчивания наблюдается при нормальной и несколько более низкой температуре;
6 – Интенсивность охрупчивания стали зависит от вида обработки; особенно склонна к водородной хрупкости сталь в закаленном состоянии; вероятность проявления водородной хрупкости повышается также в результате наклёпа;
7 – Для осуществления явления охрупчивания необходимо наличие растягивающих напряжений;
8 – Если водород распределяется по образцу неравномерно, то области богатые водородом, будут обладать наименьшей пластичностью и с них начнется преждевременное разрушение.
Единой точки зрения на механизм водородного охрупчивания нет. Это объясняется сложностью процесса. Различают несколько видов водородного охрупчивания.
– Охрупчивание первого рода, обусловленное источниками, которые имеются в исходном составе металла;
– Охрупчивание второго рода, обусловленное источниками, которые развиваются в металле с повышенным содержанием водорода в процессе пластической деформации.
Теории водородного охрупчивания разделяются на четыре группы:
Теория давления молекулярного водорода, согласно которой охрупчивание есть результат давления молекулярного водорода в микро- и макропустотах, а также в трещинах внутри металла. Давление возникает в результате молизации атомарного водорода.
Адсорбционные гипотезы, объясняющие снижение разрушающего напряжения вследствие уменьшения поверхностной энергии внутри трещин при адсорбции водорода (водород действует как поверхностно активное вещество).
Теория взаимодействия водорода с кристаллической решеткой металла; водород является разновидностью дефекта, понижающего прочность когезионной металлической связи.
Теории, основанные на взаимодействии водорода с дислокациями; водород производит блокирующие действие на дислокации.
Отличия водородного изнашивания от водородного охрупчивания
Водородное изнашивание не имеет общих черт с водородным охрупчиванием ни по источникам наводороживания, ни по интенсивности и характеру распределения водорода в стали, ни по характеру разрушения. Это изнашивание связано только с процессом трения и обусловлено трением. Для него характерна высокая локальная концентрация водорода в поверхностном слое, возникающая из-за больших градиентов температур и напряжений. Они обуславливают накопление водорода и особый характер роста трещин, приводящих к сплошному разрушению слоя стали. Благодаря трению создаются условия для образования водорода из смазочного материала, пластмасс, паров воды. Оно же обеспечивает адсорбцию водорода на поверхности трущейся детали. В результате трения водород концентрируется на некоторой глубине от поверхности трения. Последний этап водородного изнашивания – образование многочисленных трещин мгновенно превращающих поверхностный слой детали в порошок.
При водородном охрупчивании образуется и развивается только одна трещина. Концентрация водорода под поверхностью при трении настолько велика, что никакой источник наводороживания не может создать и десятой доли подобной концентрации. Наконец, подавляющее большинство методов борьбы с водородным изнашиванием не может быть использовано для снижения водородного охрупчивания.