Abstrakt: Tento článek pojednává o vodíkové křehkosti uhlíkové oceli. Zahrnuje pojednání o mechanismu, jakým dochází ke křehnutí oceli vodíkem, o okolnostech, které vedou ke křehnutí, o účincích křehnutí na chování oceli, o způsobech prevence křehnutí a o zkouškách pro vyhodnocení, zda došlo ke křehnutí oceli.

Vodíková křehkost je ztráta tažnosti kovu a snížení jeho únosnosti v důsledku absorpce atomů nebo molekul vodíku kovem. Výsledkem vodíkové křehkosti je, že součásti praskají a lámou se při napětí menším, než je mez kluzu kovu.

Podívejte se na kurzy metalurgie &webináře
Potřebujete pomoci s analýzou poruch?

Proces křehnutí
Při pokojové teplotě mohou atomy vodíku absorbovat slitiny uhlíkové oceli. Absorbovaný vodík může být přítomen buď v atomární, nebo molekulární formě. Za dostatečně dlouhou dobu vodík difunduje k hranicím kovových zrn a vytváří bubliny na hranicích kovových zrn. Tyto bubliny vyvíjejí tlak na kovová zrna. Tlak se může zvýšit až na úroveň, kdy kov vykazuje sníženou tažnost a pevnost.

Situace vedoucí k absorpci vodíku

Vodík může pronikat a difundovat ocelí i při pokojové teplotě. K tomu může dojít při různých výrobních a montážních operacích nebo při provozním použití – všude tam, kde kov přijde do styku s atomárním nebo molekulárním vodíkem

Mezi procesy, u nichž existuje možnost absorpce vodíku, patří moření kyselinou a galvanické pokovování. Vodík je přítomen v kyselých mořících lázních. Při galvanickém pokovování vzniká vodík na povrchu pokovovaného kovu. Moření v kyselině se používá k odstraňování oxidických okují z povrchu oceli a galvanické pokovování se běžně používá k nanášení zinku na ocelové matice, šrouby, vruty a další spojovací materiál za účelem galvanické ochrany oceli proti korozi. Pro různé aplikace se používají i jiné galvanické povlaky.

K absorpci vodíku může dojít také při provozu součásti, pokud je ocel vystavena působení kyselin nebo pokud dojde ke korozi oceli.

Vnitřní lom

Příklad poruchy způsobené vodíkovou křehkostí je uveden na obrázcích níže. Na levém obrázku je makroskopický pohled na prasklý pozinkovaný ocelový šroub. Pravý obrázek ukazuje snímek povrchu lomu ze skenovacího elektronového mikroskopu. Na tomto snímku jsou vidět jednotlivá zrna na lomovém povrchu kovu, což svědčí o mezikrystalovém lomu. Šroub se během procesu galvanického pokovování zinkem otřepil.

K mezikrystalovému praskání dochází, když se v kovu tvoří a rostou trhliny podél oslabených hranic zrn. V případě vodíkové křehkosti oslabují kov bublinky vodíku na hranicích zrn.

Požadavky na selhání v důsledku vodíkové křehkosti

Existují tři požadavky na selhání v důsledku vodíkové křehkosti:

• Náchylný materiál.
• Vystavení prostředí, které obsahuje vodík.
• Přítomnost tahového napětí na součásti.

Vysokopevnostní oceli s pevností v tahu vyšší než přibližně 145 ksi (1000 MPa) jsou slitiny nejvíce náchylné ke křehnutí vodíkem.

Jak již bylo zmíněno, k působení vodíku dochází během procesních kroků povrchové úpravy, jako je moření kyselinou a galvanické pokovování, a během provozu, pokud je ocel vystavena působení kyselin nebo pokud dojde ke korozi.

Pokud jde o napětí způsobující lom, i tahové zbytkové napětí uvnitř součásti může být dostatečné k tomu, aby způsobilo selhání křehčeného materiálu.

Podívejte se na kurzy metalurgie &webináře
Potřebujete pomoci s analýzou poruch?

Předcházení vodíkové křehkosti

Kroky, které lze podniknout, aby se zabránilo vodíkové křehkosti, zahrnují snížení expozice vodíku a vypalování po galvanickém pokovování nebo jiných procesech, které vedou k absorpci vodíku. Vodíkové křehkosti galvanicky pokovených součástí lze zabránit jejich zapékáním při 190 až 220 °C (375 až 430 °F) během několika hodin po procesu galvanického pokovování. Během pečení dochází k difúzi vodíku z kovu.

U aplikací, kde bude docházet k absorpci vodíku během provozu součásti, jsou způsoby, jak zabránit lomu v důsledku vodíkové křehkosti, použití ocelí s nižší pevností a snížení zbytkového a působícího napětí.

Vyhodnocení vodíkové křehkosti

Nakonec existují zkoušky, které lze provést k vyhodnocení, zda zpracování vede k vodíkové křehkosti oceli. Zde jsou dvě takové zkoušky:

• ASTM F1940 Standardní zkušební metoda pro ověření řízení procesu k prevenci vodíkové křehkosti pokovených nebo potažených spojovacích součástí
• ASTM F519 Standardní zkušební metoda pro mechanické hodnocení vodíkové křehkosti procesů pokovování a provozních prostředí

.