باز کردن منو اصلی

تردی هیدروژن فرآیندی است که به وسیله آن فلزات تشکیل دهنده هیدرید مانند تیتانیوم، وانادیوم، زیرکونیم، تانتالیم و نایوبیوم شکننده و شکستگی به علت ورود و انتشار هیدروژن به فلز می شود.

ترک خوردگی هیدروژن (HIC)


حساسیت به ترک خوردگی ناشی از هیدروژن ("اصلاح شدن") اغلب به دلیل معرفی هیدروژن در حین تشکیل، پوشش، پوشش دادن، تمیز کردن و اتمام عملیات، اغلب به عنوان "اصلاح داخلی" نامیده می شود. هیدروژن همچنین ممکن است در طول زمان (به اصطلاح "بی قراری خارجی" از طریق تماس با محیط زیست (خاک و مواد شیمیایی، از جمله آب)، فرآیندهای خوردگی (به ویژه خوردگی گالوانیزه)، حفاظت کاتدیک و / یا از هیدروژن حاصل از خوردگی پوشش ارائه شود.برای حساس بودن، ترکیبی از سه عامل مورد نیاز است: حضور (و انتشار) هیدروژن، مواد حساس و پر استرس. برای مواد حساس (از قبیل پیچ و مهره های با قدرت بالا پوشش داده شده، که در آن هیدروژن اغلب پس از تولید وجود دارد و همچنین می تواند در طول زمان توسط حفاظت کاتدیک، اتصالات گالوانیکی و غیره اضافه شود)، ترک خوردگی زمانی آغاز خواهد شد که تنش کافی به دست آید.

این به عنوان تنش آستانه یا Ki_SCC معروف است.

پدیده تردی هیدروژن در ابتدا در سال 1875 توصیف شد.[۱]

فرایندویرایش

در طول بحران هیدروژن (همچنین به عنوان "هیدروژن کمک کرک" شناخته می شود)، هیدروژن به سطح یک فلز و اتم های هیدروژن فردی [نیاز استناد] از طریق ساختار فلزی منتشر شده است.از آنجا که حلالیت هیدروژن در دمای بالاتر افزایش می دهد، بالا بردن درجه حرارت می تواند نفوذ هیدروژن را افزایش دهد. هنگامی که توسط یک گرادیان غلظت کمک می کند که در آن هیدروژن خارج از فلز از داخل بیشتر است، انتشار هیدروژن ممکن است حتی در دماهای پایین اتفاق بیفتد.گونه های هیدروژن adsorbed، برای تشکیل مولکول های هیدروژن مجبور می شوند، ایجاد فشار از داخل فلز. این فشار می تواند به سطوح افزایش یابد که در آن فلز باعث خم شدن، چقرمگی و استحکام کششی، تا نقطه ای که باز می شود (ترک خوردگی ناشی از هیدروژن یا HIC).[۲]

 
فولادی که با شارژ کاتدی توسط هیدروژن ترد شده است. برای کاهش میزان هیدروژن، از عملیات حرارتی (پخت) استفاده می‌شود. با توجه به افزایش مقدار هیدروژن، زمانهای پخت کم‌تر باعث کاهش زمان شکستگی می‌شود.[۳]

با وجودی که هیدروژن اتم های مختلفی از جمله فولاد،[۴][۵][۶] آلومینیوم (فقط در دماهای بالا [۷]) و تیتانیوم [۸] را هدر میدهند، اما این فلزات همچنان در غلظت های بالا، ضعف هیدروژنی از,فولاد با مقاومت بالا اهمیت دارد.آهن Austempered نیز حساس است، هر چند فولاد آستمپرید (و احتمالا دیگر فلزات آستمپرید) مقاومت بیشتری نسبت به ضعف هیدروژن نشان می دهد.[۹]فولاد با استحکام کششی نهایی کمتر از 1000 مگاپاسکال (~ 145،000 psi) یا سختی کمتر از 23 HRC به طور کلی در معرض آسیبپذیری هیدروژن نیست.در آزمایش کشش بر روی چندین فلزات ساختاری تحت فشار بالا به محیط هیدروژن مولکولی انجام شده، نشان داده شده است که فولادهای ضدزنگ آستنیتی، آلومینیوم (از جمله آلیاژهای)، مس (از جمله آلیاژهای، به عنوان مثال مس بریلیوم) حساس هستند به تردی هیدروژنی همراه با چند فلز دیگر.به عنوان نمونه ای از ضعف شدید هیدروژن، طول عمر شکست ناشی از سخت شدن فولاد ضد زنگ 17-4PH، از 17٪ به 1.7٪ کاهش یافت، زمانی که نمونه های صاف در معرض هیدروژن با فشار بالا قرار گرفتند.

با این حال، تحقیقات محاسباتی اخیر (با استفاده از پویایی مولکولی پارینینلو-رحمان) نشان داده است که به جای اینکه منجر به کاهش انعطاف پذیری شود، افزایش سطح ورق در مناطقی که هیدروژن اشباع شده است وجود دارد.ین افزایش انعطاف پذیری منجر به مناطقی است که کاهش استرس کششی بحرانی را کاهش می دهد. این به نوبه خود سبب شکست در تداخلات کمتر از حد انتظار می شود.[۱۰]

ترک خوردگی هیدروژن / هیدروژن کمک می تواند در طول عملیات های مختلف تولید و یا عملیات استفاده می شود - هر جا که فلز در تماس با هیدروژن اتمی یا مولکولی می شود.پروسه هایی که می تواند منجر به این شود شامل حفاظت کاتدیک، فسفاته شدن، ترشی و آبکاری است. یک مورد خاص جوشکاری قوس است که در آن هیدروژن از رطوبت، مانند پوشش الکترود جوشکاری، آزاد می شود.[۱۱][۱۲]برای به حداقل رساندن این، الکترود های کم هیدروژن برای جوشکاری فولادهای با مقاومت بالا مورد استفاده قرار می گیرند. سایر مکانیزم های ورود هیدروژن به فلز عبارتند از خوردگی گالوانیزه و همچنین واکنش های شیمیایی با اسید یا سایر مواد شیمیایی.یکی از این واکنش های شیمیایی شامل سولفید هیدروژن در ترک خوردگی استرس سولفید (SSC)، یک مشکل مهم برای صنایع نفت و گاز است.[۱۳]

با افزایش قدرت فولاد، حساسیت به ضعف هیدروژنی افزایش می یابد. در فولادهای با استحکام بالا، هر چه سختی آن بالاتر از HRC 32 باشد، ممکن است به ترک خوردگی زودهنگام هیدروژن پس از فرایندهای غلیظ تبدیل شود که هیدروژن را ایجاد می کنند.آنها همچنین ممکن است در طول زمان از هفته ها تا چند دهه پس از خاتمه دادن به علت انباشت هیدروژن در طول زمان از حفاظت کاتدیک و سایر منابع، از شکست های طولانی مدت برخوردار باشند. شکست های متعددی در محدوده سختی از HRC 32-36 و بالاتر بیشتر گزارش شده است؛ بنابراین، قطعات در این محدوده باید در طول کنترل کیفیت بررسی شوند تا اطمینان حاصل شود که آنها حساس نیستند.

مخالفت هاویرایش

هراس هیدروژن می تواند از طریق چندین روش جلوگیری شود، که همه آنها در کاهش تماس بین فلز و هیدروژن، بخصوص در هنگام ساخت و الکترولیز آب، متمرکز می شوند. اجتناب از روش هایی نظیر تمیز کردن اسید باید اجتناب شود، همچنین افزایش تماس با عناصر مانند گوگرد و فسفات.استفاده از راه حل های مناسب و آبکاری الکتریکی نیز می تواند به جلوگیری از ضعف هیدروژن کمک کند.[۱۴]


اگر فلز تا به حال شروع به شکستن نکرده، 'تردی هیدروژنی را می توان با از بین بردن منبع هیدروژن و و هیدروژن در داخل فلز را از طریق عملیات حرارتی معکوس کرد.[۱۵]این فرایند نقص تراشیدن، که به نام "پخت" شناخته می شود، برای غلبه بر نقاط ضعف روش هایی مانند آبکاری که هیدروژن را به فلز می رساند، استفاده می شود، اما همیشه به طور کامل موثر نیست زیرا باید زمان و دما مناسب باشد.تست هایی مانند ASTM F1624 می توانند برای تعیین سرعت حداقل زمان پخت استفاده شوند (با آزمایش با استفاده از طراحی آزمایش ها، تعداد نمونه نسبتا کم می تواند برای تعیین این مقدار استفاده شود). سپس آزمون مشابه را می توان به عنوان کنترل کیفیت کنترل مورد استفاده قرار داد تا ارزیابی شود که آیا پخت به صورت دسته ای کافی است.

در مورد جوشکاری، اغلب قبل از گرمایش و پس از گرمایش، فلز برای اعمال هیدروژن به آن نفوذ می کند تا بتواند باعث آسیب شود. این به طور خاص با فولادهای با مقاومت بالا و فولادهای آلی کم مانند آلیاژهای کروم / مولیبدن / وانادیوم انجام می شود. با توجه به زمان مورد نیاز برای دوباره ترکیب اتم های هیدروژن به مولکول های هیدروژنی، ترک خوردگی هیدروژن به علت جوشکاری می تواند در عرض 24 ساعت پس از انجام عملیات جوش انجام شود.


راه دیگری برای جلوگیری از این مشکل از طریق انتخاب مواد است. این یک مقاومت ذاتی برای این فرآیند ایجاد خواهد کرد و نیاز به پردازش پست یا نظارت مستمر برای شکست را کاهش خواهد داد. برخی فلزات یا آلیاژها به شدت حساس به این مسئله هستند، بنابراین انتخاب ماده ای که به حداقل رسانده می شود در حالی که حفظ خواص دلخواه نیز یک راه حل بهینه ارائه می دهد. تحقیقات زیادی برای فهرست سازگاری فلزات خاص با هیدروژن انجام شده است. آزمايشهايي مانند ASTM F1624 نيز ميتوانند براي رتبه بندي آلیاژها و پوششها در انتخاب مواد به منظور اطمينان (مثلا) مبني بر اينکه آستانه ترک خوردن زير آستانه ترك خوردگی استرس هيدروژن است. تست های مشابه نیز می توانند در طول QC به کار گرفته شوند تا به طور موثرتری بتوانند مواد را با سرعت و قابل مقایسه تولید کنند.

جستارهای وابستهویرایش

پیوند به بیرونویرایش

منابعویرایش

Mars G. Fontana, Corrosion Engineering, McGraw-Hill, 1987.

  1. Phone: 514-717-4201, Contact Information Contact: Chris Chipello Organization: Media Relations Office Email: christopher chipellomcgill ca Office Phone: 514-398-4201 Mobile. "Study reveals clues to cause of hydrogen embrittlement". Newsroom. Retrieved 2019-06-24.
  2. Vergani, Laura; Colombo, Chiara; Gobbi, Giorgia; Bolzoni, Fabio Maria; Fumagalli, Gabriele (2014-01-01). "Hydrogen Effect on Fatigue Behavior of a Quenched&tempered Steel". Procedia Engineering. XVII International Colloquium on Mechanical Fatigue of Metals (ICMFM17). 74: 468–471. doi:10.1016/j.proeng.2014.06.299. ISSN 1877-7058.
  3. Hydrogen embrittlement of steels. Notched specimen test, BSI British Standards, retrieved 2019-06-24
  4. Djukic, M. B.; Zeravcic, V. Sijacki; Bakic, G.; Sedmak, A.; Rajicic, B. (2014-01-01). "Hydrogen Embrittlement of Low Carbon Structural Steel". Procedia Materials Science. 20th European Conference on Fracture. 3: 1167–1172. doi:10.1016/j.mspro.2014.06.190. ISSN 2211-8128.
  5. Djukic, M. B.; Sijacki Zeravcic, V.; Bakic, G. M.; Sedmak, A.; Rajicic, B. (2015-12-01). "Hydrogen damage of steels: A case study and hydrogen embrittlement model". Engineering Failure Analysis. Recent case studies in Engineering Failure Analysis. 58: 485–498. doi:10.1016/j.engfailanal.2015.05.017. ISSN 1350-6307.
  6. Djukic, Milos B.; Bakic, Gordana M.; Zeravcic, Vera Sijacki; Sedmak, Aleksandar; Rajicic, Bratislav (2016-07). "Hydrogen Embrittlement of Industrial Components: Prediction, Prevention, and Models". Corrosion. 72 (7): 943–961. doi:10.5006/1958. ISSN 0010-9312. Check date values in: |date= (help)
  7. Ambat, Rajan; Dwarakadasa, E.S. (1996). "Effect of hydrogen on aluminium and aluminium alloys: A review". Bulletin of Materials Science. 19 (1): 103–114. doi:10.1007/BF02744792. ISSN 0250-4707.
  8. "Book sources". Wikipedia.
  9. Springer Science+Business Media (Berlín, Alemania); International Science Institute (0000 uuuu). "Metallurgical and materials transactions a-physical metallurgy and material". Metallurgical and materials transactions a-physical metallurgy and material (به English). ISSN 1073-5623. OCLC 754638185. Check date values in: |date= (help)
  10. Tománek, D.; Cai, Y.; Zhong, W. (1993-04). "Computer simulation of hydrogen embrittlement in metals". Nature. 362 (6419): 435–437. doi:10.1038/362435a0. ISSN 1476-4687. Check date values in: |date= (help)
  11. "Book sources". Wikipedia.
  12. "Book sources". Wikipedia.
  13. «ASTM F1940 - 07a(2014) Standard Test Method for Process Control Verification to Prevent Hydrogen Embrittlement in Plated or Coated Fasteners». www.astm.org. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۶-۲۴.
  14. «fera.org.uk» (PDF). www.fera.org.uk. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۶-۲۴.
  15. Chalaftris, George (2003-12). "Evaluation of aluminium–based coatings for cadmium replacement". Check date values in: |date= (help)