Fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de aço (1)
A fratura por fragilização por hidrogênio de parafusos é uma forma comum de falha. Como a fratura por fragilização por hidrogênio é retardada e oculta, o dano que ela traz é muito maior do que o dano causado por outras fraturas. Desde este século, as fraturas por fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de aço têm sido comuns, dificultando seriamente a ordem de desenvolvimento normal dos modelos aeroespaciais, e atingiram o nível de "falar sobre descoloração por hidrogênio". A fim de permitir que mais pessoal científico e técnico compreenda o mecanismo de fragilização por hidrogênio, compreender a lei da fragilização de parafusos por hidrogênio e prevenir efetivamente a ocorrência de fragilização de parafusos por hidrogênio, os resultados desses estudos estão agora escritos e apresentados para leitores. referência.
1 Mecanismo e processo de fratura por fragilização por hidrogênio
1.1 O conceito de fragilização por hidrogênio
Estudos têm mostrado que as formas possíveis de hidrogênio em metais incluem átomos de hidrogênio, íons de hidrogênio, moléculas de hidrogênio, metano, grupos atômicos, hidretos metálicos, etc. Entre eles, átomos de hidrogênio livres, íons de hidrogênio e moléculas de hidrogênio são as principais causas de hidrogênio fragilização. O hidrogênio no estado de solução sólida é a principal causa das propriedades do material quebradiço. Os pontos de dano do hidrogênio aos metais podem ser aproximadamente divididos em duas categorias: uma é que o hidrogênio nada e se acumula no material metálico, formando microfissuras, bolhas e, finalmente, causando a fratura por fragilização por hidrogênio; a outra é a corrosão do hidrogênio, ou seja, o hidrogênio está no material metálico. A ação química ocorre no material para formar hidretos quebradiços, que altera as propriedades mecânicas do material e causa a fratura por fragilização por hidrogênio do material. A fratura por fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de aço e arruelas de pressão pertence à primeira categoria, e a fratura por fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de titânio pertence à última categoria.
1.2 O mecanismo de fratura por fragilização por hidrogênio
A chamada fratura por fragilização por hidrogênio é a fratura retardada que ocorre quando o hidrogênio penetra no material metálico e causa danos ao material, fazendo com que o material seja submetido a uma tensão estática menor do que o limite de escoamento do material. O perigo é que esse tipo de fratura ocorra abaixo do limite de escoamento do material, sem nenhuma deformação plástica, e o tempo de atraso não possa ser controlado. Portanto, a fratura por fragilização por hidrogênio é muito prejudicial à engenharia mecânica. Somente compreendendo o mecanismo da fratura por fragilização por hidrogênio e dominando as leis da fratura por fragilização por hidrogênio, a ocorrência de fratura por fragilização por hidrogênio pode ser efetivamente evitada.
A dissociação ou difusão do hidrogênio em materiais de aço de alta resistência segue certas regras, e tanto o gradiente de concentração quanto o gradiente de tensão são as forças motrizes para a difusão do hidrogênio. Em outras palavras, o hidrogênio se difundirá da área de alta concentração para a área de baixa concentração e se acumulará da área de baixa tensão para a área de alta tensão. Quando há poros, inclusões, microfissuras e outros defeitos em materiais de aço de alta resistência ou alta concentração de tensão, os íons de hidrogênio livres irão se reunir nas extremidades das microfissuras ou áreas de alta concentração de tensão sob a ação do estresse para se combinarem para formam moléculas de hidrogênio. Ao mesmo tempo, a pressão do hidrogênio aumenta. Quando a pressão atinge um determinado nível, as microfissuras do material se expandem, estendem e liberam a pressão, enquanto as moléculas de hidrogênio escapam do material metálico na forma de hidrogênio. Sob a ação do estresse, o hidrogênio livre continua a se acumular no final das microfissuras expandidas para formar novas moléculas de hidrogênio, o que faz com que as microfissuras continuem a se expandir e evoluir para rachaduras maiores. Essa continuação repetida e o acúmulo repetido de hidrogênio formam continuamente moléculas de hidrogênio, e as rachaduras do material continuam a aumentar e se expandir, eventualmente levando à fratura do material metálico. Este mecanismo determina o atraso da fratura por fragilização por hidrogênio e a incerteza do tempo de fratura atrasado. o que faz com que as microfissuras continuem a se expandir e evoluir para rachaduras maiores. Essa continuação repetida e o acúmulo repetido de hidrogênio formam continuamente moléculas de hidrogênio, e as rachaduras do material continuam a aumentar e se expandir, eventualmente levando à fratura do material metálico. Este mecanismo determina o atraso da fratura por fragilização por hidrogênio e a incerteza do tempo de fratura atrasado. o que faz com que as microfissuras continuem a se expandir e evoluir para rachaduras maiores. Essa continuação repetida e o acúmulo repetido de hidrogênio formam continuamente moléculas de hidrogênio, e as rachaduras do material continuam a aumentar e se expandir, eventualmente levando à fratura do material metálico. Este mecanismo determina o atraso da fratura por fragilização por hidrogênio e a incerteza do tempo de fratura atrasado.
O movimento do hidrogênio em materiais de aço de alta resistência é um fenômeno reversível. Ele pode nadar dentro do material de acordo com suas próprias regras ou pode fazer com que o hidrogênio escape do material removendo o hidrogênio, o que é chamado de "remoção do hidrogênio" ou "remoção do hidrogênio".
2 A lei básica da fratura por fragilização por hidrogênio
2.1 Três elementos de fratura por fragilização por hidrogênio
Três condições devem ser atendidas para que ocorra a fratura por fragilização por hidrogênio, os chamados três elementos da fratura por fragilização por hidrogênio, conforme mostrado na Figura 1. Os três elementos são: ①Materiais que são sensíveis à fragilização por hidrogênio; ②Inalação de certa quantidade de hidrogênio livre no material; ③O material suporta tensão de tração estática suficiente.
2.2 O processo de ocorrência de fratura por fragilização por hidrogênio
Em circunstâncias normais, a fratura por fragilização por hidrogênio precisa passar por três estágios: período de incubação, período de crescimento de trinca e fratura repentina.
2.3 Materiais que podem causar fratura por fragilização por hidrogênio
Nem todos os materiais podem causar fratura por fragilização por hidrogênio. Os materiais que podem causar a fratura por fragilização por hidrogênio referem-se a materiais que são sensíveis à fragilização por hidrogênio. Existem muitos fatores que afetam a sensibilidade dos materiais ao hidrogênio, principalmente incluindo a composição química, a estrutura metalográfica e a resistência à tração final do material.
Estudos têm mostrado que o carbono tem um impacto maior na sensibilidade dos materiais ao hidrogênio. Quanto maior o teor de carbono, mais sensível o material é ao hidrogênio. Impurezas como enxofre e fósforo também são os principais fatores que aumentam a suscetibilidade do material à fragilização por hidrogênio.
A estrutura metalográfica também tem um efeito significativo na sensibilidade do material ao hidrogênio. Estrutura metalográfica com sensibilidade decrescente ao hidrogênio: martensita temperada, bainita superior (grossa), bainita inferior (fina), sorbita, perlita e austenita. Em termos de estrutura metalográfica, quanto mais grosseiros são os grãos de cristal, mais sensível é o material ao hidrogênio. Quanto maior a resistência à tração do material, mais sensível ele é à fragilização por hidrogênio. É geralmente aceito internacionalmente que a fratura por fragilização por hidrogênio ocorre apenas quando a resistência à tração é igual ou superior a 1050 MPa.
Defeitos materiais (microfissuras, poros, inclusões, etc.) são os locais onde o hidrogênio tende a se acumular. Quanto mais defeitos, mais fontes de fratura do material e maior a sensibilidade à fragilização por hidrogênio do material. Mudanças abruptas na forma da estrutura do material são os locais onde o estresse se concentra e também onde o hidrogênio gosta de se acumular. Quanto maior o fator de concentração de tensão, mais sensível ele é à fragilização por hidrogênio.
