Debilitamiento por hidrógeno de pernos de acero aleado (1)
La fractura de pernos por fragilización por hidrógeno es una forma común de falla. Debido a que la fractura por fragilización por hidrógeno se retrasa y se oculta, el daño que ocasiona es mucho mayor que el causado por otras fracturas. Desde este siglo, las fracturas por fragilización por hidrógeno de los pernos de acero aleado han sido un lugar común, obstaculizando seriamente el orden de desarrollo normal de los modelos aeroespaciales, y han alcanzado el nivel de "hablar de decoloración por hidrógeno". Con el fin de permitir que más personal científico y técnico comprenda el mecanismo de la fragilización por hidrógeno, comprenda la ley de la fragilización por hidrógeno de los pernos y prevenga eficazmente la aparición de la fragilización por hidrógeno de los pernos, los resultados de estos estudios están ahora escritos y presentados para los lectores. referencia.
1 Mecanismo y proceso de fractura por fragilización por hidrógeno
1.1 El concepto de fragilización por hidrógeno
Los estudios han demostrado que las posibles formas de hidrógeno en los metales incluyen átomos de hidrógeno, iones de hidrógeno, moléculas de hidrógeno, metano, grupos atómicos, hidruros metálicos, etc. Entre ellos, los átomos de hidrógeno libres, los iones de hidrógeno y las moléculas de hidrógeno son las principales causas del hidrógeno. fragilidad. El hidrógeno en estado de solución sólida es la principal causa de las propiedades de los materiales frágiles. Los puntos de daño del hidrógeno a los metales se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: una es que el hidrógeno nada y se acumula en el material metálico, formando microgrietas, ampollas y, finalmente, causa una fractura por fragilización por hidrógeno; la otra es la corrosión por hidrógeno, es decir, el hidrógeno está en el material metálico. La acción química ocurre en el material para formar hidruros quebradizos, que cambia las propiedades mecánicas del material y provoca la fractura del material por fragilización por hidrógeno. La fractura por fragilización por hidrógeno de los pernos de aleación de acero y las arandelas elásticas pertenece a la primera categoría, y la fractura por fragilización por hidrógeno de los pernos de aleación de titanio pertenece a la última categoría.
1.2 El mecanismo de la fractura por fragilización por hidrógeno
La denominada fractura por fragilización por hidrógeno es la fractura retardada que se produce cuando el hidrógeno penetra en el material metálico y provoca daños materiales, lo que hace que el material sufra una tensión estática menor que el límite elástico del material. El peligro es que este tipo de fractura se produzca por debajo del límite elástico del material sin deformación plástica y el tiempo de retardo no se puede controlar. Por lo tanto, la fractura por fragilización por hidrógeno es muy perjudicial para la ingeniería mecánica. Solo entendiendo el mecanismo de la fractura por fragilización por hidrógeno y dominando las leyes de la fractura por fragilización por hidrógeno se puede evitar eficazmente la aparición de la fractura por fragilización por hidrógeno.
La disociación o difusión del hidrógeno en materiales de acero de alta resistencia sigue ciertas reglas, y tanto el gradiente de concentración como el gradiente de tensión son las fuerzas impulsoras de la difusión del hidrógeno. En otras palabras, el hidrógeno se difundirá desde el área de alta concentración al área de baja concentración y se acumulará desde el área de bajo estrés hasta el área de alto estrés. Cuando hay poros, inclusiones, microgrietas y otros defectos en materiales de acero de alta resistencia o alta concentración de tensión, los iones de hidrógeno libres se reunirán en los extremos de las microgrietas o áreas de alta concentración de tensión bajo la acción de la tensión para combinarse para formar moléculas de hidrógeno. Al mismo tiempo, aumenta la presión del hidrógeno. Cuando la presión alcanza un cierto nivel, las microfisuras del material se expandirán, extenderán y liberarán la presión, mientras que las moléculas de hidrógeno escapan del material metálico en forma de hidrógeno. Bajo la acción del estrés, el hidrógeno libre continúa acumulándose hacia el final de las microfisuras expandidas para formar nuevas moléculas de hidrógeno, lo que hace que las microfisuras continúen expandiéndose y evolucionando hacia grietas más grandes. Tal continuación repetida y acumulación repetida de hidrógeno forman continuamente moléculas de hidrógeno, y las grietas del material continúan aumentando y expandiéndose, lo que eventualmente conduce a la fractura del material metálico. Este mecanismo determina el retraso de la fractura por fragilización por hidrógeno y la incertidumbre del tiempo de fractura retrasado. lo que hace que las microfisuras continúen expandiéndose y evolucionen hacia grietas más grandes. Tal continuación repetida y acumulación repetida de hidrógeno forman continuamente moléculas de hidrógeno, y las grietas del material continúan aumentando y expandiéndose, lo que eventualmente conduce a la fractura del material metálico. Este mecanismo determina el retraso de la fractura por fragilización por hidrógeno y la incertidumbre del tiempo de fractura retrasado. lo que hace que las microgrietas continúen expandiéndose y evolucionen hacia grietas más grandes. Tal continuación repetida y acumulación repetida de hidrógeno forman continuamente moléculas de hidrógeno, y las grietas del material continúan aumentando y expandiéndose, lo que eventualmente conduce a la fractura del material metálico. Este mecanismo determina el retraso de la fractura por fragilización por hidrógeno y la incertidumbre del tiempo de fractura retrasado.
El movimiento de hidrógeno en materiales de acero de alta resistencia es un fenómeno reversible. Puede nadar dentro del material de acuerdo con sus propias reglas, o puede hacer que el hidrógeno escape del material al eliminar el hidrógeno, lo que se denomina "eliminación de hidrógeno" o "eliminación de hidrógeno".
2 La ley básica de la fractura por fragilización por hidrógeno.
2.1 Tres elementos de la fractura por fragilización por hidrógeno
Se deben cumplir tres condiciones para que se produzca la fractura por fragilización por hidrógeno, los denominados tres elementos de la fractura por fragilización por hidrógeno, como se muestra en la Figura 1. Los tres elementos son: ①Materiales que son sensibles a la fragilización por hidrógeno; ②Inhalación de una cierta cantidad de hidrógeno libre en el material; ③El material soporta suficiente tensión de tracción estática.
2.2 El proceso de aparición de la fractura por fragilización por hidrógeno
En circunstancias normales, la fractura por fragilización por hidrógeno debe pasar por tres etapas: período de incubación, período de crecimiento de grietas y fractura repentina.
2.3 Materiales que pueden causar fractura por fragilización por hidrógeno
No todos los materiales pueden causar fracturas por fragilización por hidrógeno. Los materiales que pueden causar fractura por fragilización por hidrógeno se refieren a materiales que son sensibles a la fragilización por hidrógeno. Hay muchos factores que afectan la sensibilidad de los materiales al hidrógeno, principalmente la composición química, la estructura metalográfica y la resistencia máxima a la tracción del material.
Los estudios han demostrado que el carbono tiene un mayor impacto en la sensibilidad al hidrógeno de los materiales. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, más sensible es el material al hidrógeno. Las impurezas como el azufre y el fósforo también son los principales factores que aumentan la susceptibilidad del material a la fragilización por hidrógeno.
La estructura metalográfica también tiene un efecto significativo sobre la sensibilidad al hidrógeno del material. Estructura metalográfica con sensibilidad al hidrógeno decreciente: martensita templada, bainita superior (gruesa), bainita inferior (fina), sorbita, perlita y austenita. En términos de estructura metalográfica, cuanto más gruesos son los granos de cristal, más sensible es el material al hidrógeno. Cuanto mayor sea la resistencia a la tracción del material, más sensible es a la fragilización por hidrógeno. En general, se acepta internacionalmente que la fractura por fragilización por hidrógeno ocurre solo cuando la resistencia a la tracción es igual o superior a 1050 MPa.
Los defectos materiales (microfisuras, poros, inclusiones, etc.) son los lugares donde el hidrógeno tiende a acumularse. Cuantos más defectos, más fuentes de fractura del material y mayor es la sensibilidad del material a la fragilización por hidrógeno. Los cambios bruscos en la forma de la estructura del material son los lugares donde se concentra el estrés, y también es donde le gusta acumularse el hidrógeno. Cuanto mayor sea el factor de concentración de estrés, más sensible es a la fragilización por hidrógeno.
