Transcript Poškodenie vyvolané vodíkom-Sumakova

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Strojnícka fakulta
Katedra obrábania a výrobnej techniky
Poškodenie vyvolané vodíkom
Vypracovali:
Bc. Petra Šumáková
e-mail: [email protected]
Bc. Tomáš Truben
e-mail: [email protected]
Vodíková krehkosť
Obr.1 Trhlina spôsobená vodíkom [2]
Je najzávažnejším problémom
pôsobenia vodíka na kovové
diely. Pre funkciu namáhaných
dielov je veľmi nebezpečným
javom a je nutné snažiť sa mu
predchádzať, pravidelne
sledovať možné zhoršujúce sa
trendy zvyšovania
navodíkovania namáhaných
dielov [3].
Katódové vodíkovanie – vedie k skrehnutiu
Anódové rozpúšťanie – vedie ku koróznemu praskaniu [1]
T – vodíková trhlina
M – kov
H – atómový vodík
e - elektrón
a)
b)
Obr.2 a) katódové navodíkovanie b) anódové rozpúšťanie [2]
Modely popisujúce zníženie pevnostných
plastických vlastností materiálu [1]
• Adsorpčný – vodík na povrchu kovu a v jeho trhlinách
znížuje povrchovú energiu a tým aj veľkosť napätia
potrebného na šírenie trhliny.
• Dekohézny – vodík vyvolá zníženie modulu elasticity a
kohéznej pevnosti matrice.
• Model pascí – vodík sa zachytáva v pascách (póroch a
trhlinách) kritických koncentráciách vodíka.
• Model vzniku vysokého aerostatického tlaku – premenou
nahromadeného atomárneho vodíka na molekulárny vzrastie
tlak.
• Reakčný model – rozpustený vodík reaguje so štrukturálnymi
časticami a vznikajú plyny (CH4) alebo hydridy (Ti, Nb, Zr,
Ta).
Vysokopevné ocele
• Vodíkové skrehnutie nastáva pri medzi klzu 1300 až
1400 MPa už pri zaťažení vo vlhkom vzduchu.
• Sírovodík vo vode obmedzuje ich použitie (vrtné
zariadenia)
• Adsorpčný model, dekohézny model a model pascí
Vysokopevné hliníkové zliatiny
• Vodík je jediné vysvetlenie korózneho praskania vo
vlhkom vzduchu [1]
Nikel
• Prechod z jednoosového do dvojosového napäťového
stavu
• Spájanie interkryštalických mikrotrhlín počas deformácie
Titán
• Výskyt vodíka v podobe hydridov
• Adsorpcia vodíka na nerovnostiach
• Adsorpcia v dôsledku prítomnosti Ni, Fe [1]
Vodíková korózia
Prebieha ako vnútorné oduhličovanie kovu bez difúzie
plynných produktov korózie, vyvolané pôsobením
vodíkového prostredia [1].
Rovnice oduhličovania:
Fe3C + 4H → 3Fe + CH4
C + 4H → CH4 [2]
Faktory ovplyvňujúce inkubačný čas vodíkovej
korózie [1]
1.
Teplota – do 530 až 590°C vyvolá skrátenie
inkubačného času
2.
Tlak – analogicky ako teplota
3.
Štruktúra ocele – množstvo, tvar a stabilita karbidovej
fázy (pod 0,03% je malý podiel
karbidovej fázy)
Čiarkované čiary:
tlak (konšt.) 5 MPa a teplota:
1. 427°C
2. 482°C
3. 593°C
Plné čiary:
teplota (konšt.) 480°C a tlak:
4. 6,7 MPa
5. 4,9 MPa
6. 3,2 MPa
Obr.3 Závislosť zúženia tyče Z od času expozície
vodíkovej korózii ocele [2].
τ pri
Vplyv plynných atmosfér [1]
1.
Zmes dusík – vodík – čpavok vzniká pri tlakoch 100
MPa a teplotách okolo 600°C
2.
Plynná zmes obsahujúca sírovodík H2S
Pri teplote 260°C prebieha reakcia:
Fe + H2S → FeS + H2
Ochrana materiálu
• Legovanie – Cr (najčastejšie), Mn (do 2%), Mo, W, V, Ti
(odolnosť pri teplotách 300 až 600°C)
• Fázové zloženie zliatin
• Ochranné povlaky [1]
• Vhodné techológie – napr. nesprávne nastavenie
prúdovej hustoty pri galvanickom
pokovovaní
– dlhé časy morenia [3]
• Tepelné spracovanie – odvodíkovanie
– žíhanie (čím viac vakancií, tým
intenzívnejšia difúzia vodíka) [4]
Obr.4 Príklad trhliny na feritickej oceli [5].
Obr.5 Schematický diagram difúzie a hromadenie vodíka v kove [2]
Príklad z praxe - dôsledok vodíkovej krehkosti
Obr.6 Prasklina po celej dĺžke zvaru [2].
Obr.7 Dĺžka praskliny cca 22 cm [2].
Obr.8 Pohľad na protiľahlú stranu
prasknutého pozdĺžnika
Obr.9 Prechodová zóna
zvaru s trhlinou
Bibliografia
[1] PUŠKÁR, A. – KÁPOLKA, P.: Podmienky vzniku a šírenia lomov v
konštrukčných materiáloch, Liptovský Mikuláš 1994
[2] HADZIMA, B. – LIPTÁKOVÁ, T.: Základy elektrochemickej korózie
kovov, Žilinská univerzita v Žiline 2008
[3] http://povrchari.cz/kestazeni/200801_povrchari.pdf
[4] http://www.kchsz.sjf.stuba.sk/pedagogika/Ucebnice/
KVZ_skripta/006%20Korozia.DOC
[5] www.fbi.vsb.cz/shared/uploadedfiles/fbi/SVOC-BM.pdf
Ďakujem za pozornosť