Összefoglaló: Ez a cikk a szénacél hidrogén okozta ridegségét tárgyalja. Ez magában foglalja annak a mechanizmusnak a tárgyalását, amellyel az acél hidrogéntől rideggé válik, a ridegséghez vezető körülményeket, a ridegségnek az acél viselkedésére gyakorolt hatását, a ridegség megelőzésének módját, valamint az acél ridegségének megállapítására szolgáló vizsgálatokat.

A hidrogén ridegség egy fém alakíthatóságának elvesztése és teherbíró képességének csökkenése, amely a hidrogén atomok vagy molekulák fém általi felszívódása miatt következik be. A hidrogén-szilárdulás eredménye, hogy az alkatrészek megrepednek és törnek a fém folyáshatáránál kisebb feszültségeknél.

Lásd metallurgiai tanfolyamok & webináriumok
Segítségre van szüksége a hibaelemzéshez?

Silárdulás folyamata
Szobahőmérsékleten a szénacél ötvözetek hidrogénatomokat képesek elnyelni. Az elnyelt hidrogén atomi vagy molekuláris formában is jelen lehet. Ha elegendő idő áll rendelkezésre, a hidrogén a fémszemcsehatárokhoz diffundál, és buborékokat képez a fémszemcsehatárokon. Ezek a buborékok nyomást gyakorolnak a fémszemcsékre. A nyomás olyan szintre emelkedhet, ahol a fém képlékenysége és szilárdsága csökken.

Hidrogénabszorpcióhoz vezető helyzetek

A hidrogén már szobahőmérsékleten is bejuthat és átdiffundálhat az acélon. Ez különböző gyártási és összeszerelési műveletek vagy üzemi használat során fordulhat elő – bárhol, ahol a fém atomi vagy molekuláris hidrogénnel érintkezik

A folyamatok, amelyeknél fennáll a hidrogén abszorpciójának lehetősége, közé tartozik a savas pácolás és a galvanizálás. A hidrogén jelen van a savas pácolófürdőkben. A galvanizálás során hidrogén keletkezik a bevonandó fém felületén. A savas pácolást az acél felületén lévő oxidkő eltávolítására használják, a galvanizálást pedig általában az acél anyák, csavarok, csavarok és egyéb kötőelemek cinkbevonására használják az acél galvanikus korrózióvédelme érdekében. Más galvanizált bevonatokat is használnak különböző alkalmazásokhoz.

Hidrogénelnyelés akkor is előfordulhat, ha egy alkatrész üzemben van, ha az acél savaknak van kitéve, vagy ha az acél korróziója bekövetkezik.

Belsőszemcsés törés

A hidrogénszilárdság miatti meghibásodásra az alábbi ábrákon látható példa. A bal oldali kép egy törött, horganyzott acélcsavar makroszkopikus nézetét mutatja. A jobb oldali kép a törésfelület pásztázó elektronmikroszkópos képét mutatja. Ezen a képen láthatóak az egyes szemcsék a fém törési felületén, ami a szemcsék közötti törésre utal. A csavar a cink galvanizálási folyamat során töredezetté vált.

A szemcseközi repedés akkor keletkezik, amikor egy fémben a meggyengült szemcsehatárok mentén repedések keletkeznek és növekednek. A hidrogén ridegség esetén a szemcsehatárokon lévő hidrogénbuborékok gyengítik a fémet.

A hidrogén ridegség miatti meghibásodás feltételei

A hidrogén ridegség miatti meghibásodásnak három feltétele van:

• Elérzékeny anyag.
• Hidrogén tartalmú környezetnek való kitettség.
• Húzófeszültség jelenléte az alkatrészen.

A nagy szilárdságú acélok, amelyek szakítószilárdsága nagyobb, mint körülbelül 145 ksi (1000 MPa), a hidrogénes ridegségre leginkább érzékeny ötvözetek.

Amint azt korábban említettük, a hidrogénnek való kitettség a felületkezelési folyamat lépései, például a savas pácolás és galvanizálás során, valamint az üzemelés során fordul elő, ha az acél savaknak van kitéve, vagy ha korrózió lép fel.

A törést okozó feszültséget tekintve már az alkatrészen belüli húzó maradó feszültség is elegendő lehet ahhoz, hogy a ridegtörött anyag meghibásodását okozza.

Metallurgiai tanfolyamok & webináriumok
Segítségre van szüksége a hibaelemzéshez?

A hidrogénes ridegség megelőzése

A hidrogénes ridegség elkerülésére tehető lépések közé tartozik a hidrogénexpozíció csökkentése és a galvanizálás vagy más, hidrogénfelvételhez vezető eljárások utáni sütés. A galvanizált alkatrészek hidrogénszilárdsága megelőzhető a galvanizálási folyamatot követő néhány órán belül 375-430 °F (190-220°C) hőmérsékleten történő sütéssel. A sütés során a hidrogén diffundál a fémből.

Azokban az alkalmazásokban, ahol az alkatrész üzemelése során hidrogénabszorpcióra kerül sor, az alacsonyabb szilárdságú acélok használata, valamint a maradó és az alkalmazott feszültség csökkentése a hidrogén okozta törés elkerülésének módja.

A hidrogén okozta ridegség értékelése

Végezetül, vannak olyan vizsgálatok, amelyekkel értékelhető, hogy a feldolgozás vezet-e az acél hidrogén okozta ridegségéhez. Íme két ilyen vizsgálat:

• ASTM F1940 szabványos vizsgálati módszer a folyamatszabályozás ellenőrzésére a hidrogénszilárdság megelőzésére a bevonatos vagy bevont kötőelemekben
• ASTM F519 szabványos vizsgálati módszer a galvanizálási folyamatok és üzemi környezetek mechanikai hidrogénszilárdságának értékelésére

.