Wasserstoffversprödung von Schrauben aus legiertem Stahl (1)
Der Bruch der Wasserstoffversprödung von Schrauben ist eine häufige Form des Versagens. Da der Bruch der Wasserstoffversprödung verzögert und verborgen ist, ist der Schaden, den er verursacht, viel größer als der Schaden, der durch andere Brüche verursacht wird. Seit diesem Jahrhundert sind Wasserstoffversprödungsbrüche von Schrauben aus legiertem Stahl an der Tagesordnung, die die normale Entwicklungsordnung von Luft- und Raumfahrtmodellen ernsthaft behindern und das Niveau erreicht haben, "über Wasserstoffverfärbungen zu sprechen". Damit mehr wissenschaftliches und technisches Personal den Mechanismus der Wasserstoffversprödung verstehen, das Gesetz der Wasserstoffversprödung von Schrauben verstehen und das Auftreten von Wasserstoffversprödung von Schrauben wirksam verhindern kann, werden die Ergebnisse dieser Studien nun für die Leser geschrieben und vorgestellt. Referenz.
1 Mechanismus und Prozess des Wasserstoffversprödungsbruchs
1.1 Das Konzept der Wasserstoffversprödung
Studien haben gezeigt, dass die möglichen Formen von Wasserstoff in Metallen Wasserstoffatome, Wasserstoffionen, Wasserstoffmoleküle, Methan, Atomgruppen, Metallhydride usw. umfassen. Unter diesen sind freie Wasserstoffatome, Wasserstoffionen und Wasserstoffmoleküle die Hauptursachen für Wasserstoff Versprödung. Wasserstoff im festen Lösungszustand ist die Hauptursache für spröde Materialeigenschaften. Die Schadenspunkte von Wasserstoff für Metalle lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Zum einen schwimmt und sammelt sich Wasserstoff im Metallmaterial, bildet Mikrorisse, Blasen und verursacht schließlich einen Bruch der Wasserstoffversprödung. Das andere ist Wasserstoffkorrosion, dh Wasserstoff befindet sich im Metallmaterial. Im Material tritt eine chemische Wirkung auf, um spröde Hydride zu bilden. Dies verändert die mechanischen Eigenschaften des Materials und verursacht einen Wasserstoffversprödungsbruch des Materials. Der Wasserstoffversprödungsbruch von Schrauben und Federringen aus legiertem Stahl gehört zur ersteren Kategorie, und der Wasserstoffversprödungsbruch von Schrauben aus Titanlegierung gehört zur letzteren Kategorie.
1.2 Der Mechanismus des Wasserstoffversprödungsbruchs
Der sogenannte Wasserstoffversprödungsbruch ist der verzögerte Bruch, der auftritt, wenn Wasserstoff in das Metallmaterial eindringt und Materialschäden verursacht, wodurch das Material einer statischen Spannung ausgesetzt wird, die geringer ist als die Streckgrenze des Materials. Die Gefahr besteht darin, dass diese Art von Bruch ohne plastische Verformung unterhalb der Streckgrenze des Materials auftritt und die Verzögerungszeit nicht kontrolliert werden kann. Ein Bruch der Wasserstoffversprödung ist daher für den Maschinenbau sehr schädlich. Nur wenn man den Mechanismus des Wasserstoffversprödungsbruchs versteht und die Gesetze des Wasserstoffversprödungsbruchs beherrscht, kann das Auftreten eines Wasserstoffversprödungsbruchs wirksam vermieden werden.
Die Dissoziation oder Diffusion von Wasserstoff in hochfesten Stahlmaterialien folgt bestimmten Regeln, und sowohl der Konzentrationsgradient als auch der Spannungsgradient sind die treibenden Kräfte für die Wasserstoffdiffusion. Mit anderen Worten, Wasserstoff diffundiert vom Bereich hoher Konzentration in den Bereich niedriger Konzentration und sammelt sich vom Bereich niedriger Spannung zum Bereich hoher Spannung an. Wenn Poren, Einschlüsse, Mikrorisse und andere Defekte in hochfesten Stahlmaterialien oder eine hohe Spannungskonzentration vorhanden sind, sammeln sich die freien Wasserstoffionen an den Enden von Mikrorissen oder Bereichen mit hoher Spannungskonzentration unter der Einwirkung von Spannung, mit der sie kombiniert werden sollen Wasserstoffmoleküle bilden. Gleichzeitig steigt der Wasserstoffdruck an. Wenn der Druck ein bestimmtes Niveau erreicht, dehnen sich die Mikrorisse des Materials aus, dehnen sich aus und lösen den Druck. während Wasserstoffmoleküle in Form von Wasserstoff aus dem Metallmaterial entweichen. Unter der Einwirkung von Stress sammelt sich der freie Wasserstoff gegen Ende der expandierten Mikrorisse weiter an und bildet neue Wasserstoffmoleküle, wodurch sich die Mikrorisse weiter ausdehnen und zu größeren Rissen entwickeln. Eine solche wiederholte Fortsetzung und wiederholte Akkumulation von Wasserstoff bildet kontinuierlich Wasserstoffmoleküle, und die Materialrisse nehmen weiter zu und dehnen sich aus, was schließlich zum Bruch des Metallmaterials führt. Dieser Mechanismus bestimmt die Verzögerung des Wasserstoffversprödungsbruchs und die Unsicherheit der verzögerten Bruchzeit. Dadurch dehnen sich die Mikrorisse weiter aus und entwickeln sich zu größeren Rissen. Eine solche wiederholte Fortsetzung und wiederholte Akkumulation von Wasserstoff bildet kontinuierlich Wasserstoffmoleküle, und die Materialrisse nehmen weiter zu und dehnen sich aus, was schließlich zum Bruch des Metallmaterials führt. Dieser Mechanismus bestimmt die Verzögerung des Wasserstoffversprödungsbruchs und die Unsicherheit der verzögerten Bruchzeit. Dadurch dehnen sich die Mikrorisse weiter aus und entwickeln sich zu größeren Rissen. Eine solche wiederholte Fortsetzung und wiederholte Akkumulation von Wasserstoff bildet kontinuierlich Wasserstoffmoleküle, und die Materialrisse nehmen weiter zu und dehnen sich aus, was schließlich zum Bruch des Metallmaterials führt. Dieser Mechanismus bestimmt die Verzögerung des Wasserstoffversprödungsbruchs und die Unsicherheit der verzögerten Bruchzeit.
Die Bewegung von Wasserstoff in hochfesten Stahlwerkstoffen ist ein reversibles Phänomen. Es kann nach seinen eigenen Regeln im Material schwimmen oder Wasserstoff durch Entfernen von Wasserstoff aus dem Material entweichen lassen, was als "Entfernen von Wasserstoff" oder "Entfernen von Wasserstoff" bezeichnet wird.
2 Das Grundgesetz des Wasserstoffversprödungsbruchs
2.1 Drei Elemente des Wasserstoffversprödungsbruchs
Drei Bedingungen müssen erfüllt sein, damit ein Wasserstoffversprödungsbruch auftritt, die sogenannten drei Elemente des Wasserstoffversprödungsbruchs, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die drei Elemente sind: ①Materialien, die gegenüber Wasserstoffversprödung empfindlich sind; ②Inhalation einer bestimmten Menge freien Wasserstoffs im Material; ③Das Material trägt eine ausreichende statische Zugspannung.
2.2 Der Prozess des Auftretens eines Wasserstoffversprödungsbruchs
Unter normalen Umständen muss der Bruch der Wasserstoffversprödung drei Stufen durchlaufen: Inkubationszeit, Risswachstumsperiode und plötzlicher Bruch.
2.3 Materialien, die wahrscheinlich einen Bruch der Wasserstoffversprödung verursachen
Nicht alle Materialien können einen Bruch der Wasserstoffversprödung verursachen. Materialien, die einen Wasserstoffversprödungsbruch verursachen können, beziehen sich auf Materialien, die gegenüber Wasserstoffversprödung empfindlich sind. Es gibt viele Faktoren, die die Empfindlichkeit von Materialien gegenüber Wasserstoff beeinflussen, einschließlich der chemischen Zusammensetzung, der metallografischen Struktur und der Zugfestigkeit des Materials.
Studien haben gezeigt, dass Kohlenstoff einen größeren Einfluss auf die Wasserstoffempfindlichkeit von Materialien hat. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto empfindlicher ist das Material gegenüber Wasserstoff. Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor sind ebenfalls die Hauptfaktoren, die die Anfälligkeit des Materials für Wasserstoffversprödung erhöhen.
Die metallographische Struktur hat auch einen signifikanten Einfluss auf die Wasserstoffempfindlichkeit des Materials. Metallographische Struktur mit abnehmender Wasserstoffempfindlichkeit: getemperter Martensit, oberer Bainit (grob), unterer Bainit (fein), Sorbit, Perlit und Austenit. In Bezug auf die metallographische Struktur ist das Material umso empfindlicher gegenüber Wasserstoff, je gröber die Kristallkörner sind. Je höher die Zugfestigkeit des Materials ist, desto empfindlicher ist es gegenüber Wasserstoffversprödung. Es ist international allgemein anerkannt, dass ein Wasserstoffversprödungsbruch nur dann auftritt, wenn die Zugfestigkeit gleich oder größer als 1050 MPa ist.
Materialfehler (Mikrorisse, Poren, Einschlüsse usw.) sind die Stellen, an denen sich Wasserstoff ansammelt. Je mehr Defekte vorhanden sind, desto mehr Bruchquellen des Materials und desto höher ist die Wasserstoffversprödungsempfindlichkeit des Materials. Abrupte Änderungen in der Form der Materialstruktur sind die Orte, an denen sich die Spannung konzentriert, und an denen sich auch gerne Wasserstoff ansammelt. Je höher der Spannungskonzentrationsfaktor ist, desto empfindlicher ist er gegenüber Wasserstoffversprödung.
