Rezumat: Acest articol discută fragilizarea cu hidrogen a oțelului carbon. Acesta include o discuție despre mecanismul prin care un oțel devine fragilizat de hidrogen, circumstanțele care duc la fragilizare, efectele fragilizării asupra comportamentului oțelului, modul de prevenire a fragilizării și testele pentru a evalua dacă un oțel a fost fragilizat.

Fragilizarea cu hidrogen este pierderea ductilității unui metal și reducerea capacității de încărcare datorită absorbției de atomi sau molecule de hidrogen de către metal. Rezultatul fragilizării cu hidrogen este că componentele se fisurează și se rup la tensiuni mai mici decât limita de curgere a metalului.

Vezi cursurile de metalurgie & webinarii
Ai nevoie de ajutor pentru analiza unei defecțiuni?

Procesul de fragilizare
La temperatura camerei, atomii de hidrogen pot fi absorbiți de aliajele de oțel carbon. Hidrogenul absorbit poate fi prezent fie sub formă atomică, fie sub formă moleculară. Dacă se acordă suficient timp, hidrogenul difuzează până la limitele de granulație ale metalului și formează bule la limitele de granulație ale metalului. Aceste bule exercită o presiune asupra granulelor metalice. Presiunea poate crește până la niveluri la care metalul are ductilitate și rezistență reduse.

Situații care duc la absorbția hidrogenului

Hidrogenul poate pătrunde și difuza prin oțel chiar și la temperatura camerei. Acest lucru poate avea loc în timpul diferitelor operațiuni de fabricație și asamblare sau în timpul utilizării operaționale – oriunde metalul intră în contact cu hidrogenul atomic sau molecular

Procesele pentru care există posibilitatea absorbției de hidrogen includ decaparea acidă și galvanizarea. Hidrogenul este prezent în băile de decapare acidă. În timpul electrodepunerii, hidrogenul este produs la suprafața metalului care este acoperit. Decaparea acidă este utilizată pentru a îndepărta stratul de oxid de pe suprafața oțelului, iar galvanizarea este utilizată în mod obișnuit pentru a depune zinc pe piulițe, șuruburi, șuruburi și alte elemente de fixare din oțel pentru protecția galvanică împotriva coroziunii oțelului. Alte acoperiri prin galvanizare sunt utilizate pentru diferite aplicații.

Absorbția hidrogenului poate apărea, de asemenea, atunci când o componentă este în serviciu, dacă oțelul este expus la acizi sau dacă are loc coroziunea oțelului.

Fracturare intergranulară

Un exemplu de defecțiune datorată fragilizării cu hidrogen este prezentat în figurile de mai jos. Imaginea din stânga prezintă o vedere macroscopică a unui șurub de oțel zincat, fracturat. Imaginea din dreapta arată o imagine la microscopul electronic de scanare a suprafeței fracturate. În această imagine pot fi observate granulele individuale de la suprafața metalică a fracturii, ceea ce indică o fractură intergranulară. Șurubul s-a fragilizat în timpul procesului de galvanizare.

Fisurarea intergranulară apare atunci când fisurile se formează și cresc de-a lungul granițelor slăbite ale granulelor într-un metal. În cazul fragilizării cu hidrogen, bulele de hidrogen de la granițele de grăunți slăbesc metalul.

Cerințe pentru cedarea datorată fragilizării cu hidrogen

Există trei cerințe pentru cedarea datorată fragilizării cu hidrogen:

• Un material susceptibil.
• Expunerea la un mediu care conține hidrogen.
• Prezența unei tensiuni de tracțiune pe componentă.

Oțelurile de înaltă rezistență cu rezistență la tracțiune mai mare de aproximativ 145 ksi (1000 MPa) sunt aliajele cele mai vulnerabile la fragilizarea prin hidrogen.

După cum s-a menționat anterior, expunerea la hidrogen are loc în timpul etapelor procesului de finisare a suprafeței, cum ar fi decaparea cu acid și galvanizarea și în timpul serviciului, dacă oțelul este expus la acizi sau dacă apare coroziunea.

În ceea ce privește tensiunea pentru a provoca fractura, chiar și tensiunea reziduală de tracțiune în interiorul unei componente poate fi suficientă pentru a provoca defectarea unui material fragilizat.

Vezi cursurile de metalurgie & webinarii
Nevoie de ajutor cu o analiză a defecțiunilor?

Prevenirea fragilizării cu hidrogen

Pasii care pot fi luați pentru a evita fragilizarea cu hidrogen includ reducerea expunerii la hidrogen și coacerea după galvanizare sau alte procese care duc la absorbția hidrogenului. Fragilizarea prin hidrogen a componentelor galvanizate poate fi prevenită prin coacerea acestora la o temperatură cuprinsă între 190 și 220°C (375 și 430°F) la câteva ore după procesul de galvanizare. În timpul coacerii, hidrogenul difuzează din metal.

Pentru aplicațiile în care va exista o absorbție de hidrogen în timp ce o componentă este în funcțiune, utilizarea unor oțeluri cu rezistență mai mică și reducerea tensiunii reziduale și a celei aplicate sunt modalități de a evita fracturarea datorată fragilizării prin hidrogen.

Evaluarea fragilizării prin hidrogen

În cele din urmă, există teste care pot fi efectuate pentru a evalua dacă prelucrarea conduce la fragilizarea prin hidrogen a oțelului. Iată două astfel de teste:

• ASTM F1940 Standard Test Method for Process Control Verification to Prevent Hydrogen Embrittlement in Plated or Coated Fasteners
• ASTM F519 Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating Processes and Service Environments

.