Hidrojen Embrittle, özellikle mekanik güvenilirlik ve uzun süreli performansın gerekli olduğu endüstrilerde, yüksek mukavemetli karbon çelik vidaların üretilmesinde ve uygulanmasında kritik bir endişe kaynağıdır. Bu fenomen, hidrojen atomlarının kristal yapısı içindeki varlığı ve difüzyonu nedeniyle süneklik kaybı ve bir metalin nihayetinde başarısızlığını ifade eder. Özellikle karbon çelik bağlantı elemanlarında hidrojen kucaklamanın nasıl gerçekleştiğini anlamak, üreticiler, mühendisler ve kalite kontrol profesyonelleri için felaket başarısızlıklarını önlemek için gereklidir.
Yüksek mukavemette hidrojen kucaklama Karbon çelik vidaları Genellikle üç birincil aşamayı içerir: hidrojen girişi, hidrojen difüzyonu ve yakalama ve daha sonra gecikmiş başarısızlığa yol açan daha sonra kucaklama. İlk aşama, hidrojen girişi, üretim sürecinin birden fazla noktasında meydana gelebilir. Yaygın kaynaklar arasında turşu (asit temizliği), elektrokaplama (özellikle çinko veya kadmiyum), fosfat ve hatta hizmet sırasında korozyon reaksiyonları bulunur. Bir vida asidik ortamlara veya elektrokimyasal işlemlere maruz kaldığında, metal yüzeyde atomik hidrojen üretilir. Bu hidrojen atomlarının bazıları, özellikle yüksek sertlik veya gerilme mukavemeti (genellikle 1000 MPa'nın üzerinde) olan çeliklerde çelik matrise nüfuz eder.
Metalin içine girdikten sonra, hidrojen atomları göç edebilir ve tane sınırları, çıkıklar, inklüzyonlar ve boşluklar gibi çeşitli mikroyapısal kusurlarda hapsedilebilir. Alaşım ve ısıl işlem nedeniyle daha gergin ve hassas bir mikroyapıya sahip olma eğiliminde olan yüksek mukavemetli çeliklerde, kafes kusurları hidrojen birikimi için uygun bölgeler sağlar. Zamanla, az miktarda sıkışmış hidrojen bile, özellikle gerilme yükleri altında metalin uyumunu tehlikeye atan iç gerilimler oluşturabilir.
Embrittling mekanizması sadece hidrojenin kendisinin varlığından değil, stres altında çelikle nasıl etkileşime girdiğidir. Yaygın olarak kabul edilen bir teori, hidrojen lokalize bölgelerdeki çıkıkların hareketliliğini arttırdığı ve erken çatlak başlatma ve yayılmaya neden olduğu hidrojenle güçlendirilmiş lokalize plastisite (yardım) 'dir. Hidrojenle güçlendirilmiş dekohasyon (HEDE) olarak bilinen başka bir teori, hidrojenin tahıl sınırları boyunca atomik bağları zayıflattığını ve bu da taneler arası kırıklara yol açtığını düşündürmektedir. Uygulamada, her iki mekanizma da çelik bileşimine, mikro yapıya ve servis koşullarına bağlı olarak aynı anda çalışabilir.
Uygulamada, hidrojen kucaklaması genellikle gecikmeli başarısızlık olarak kendini gösterir. Üretimden sonra tüm mekanik testleri geçen vidalar, özellikle gerilme stresine maruz kaldıklarında, hizmette oldukları günler veya haftalar sonra aniden başarısız olabilir. Kırık yüzeyi tipik olarak, malzemenin normal koşullar altında sünek olmasına rağmen, bölünme veya taneler arası çatlama gibi kırılgan özellikler gösterir. Bu, hidrojen kucaklamasını özellikle uyarmadan ve genellikle kritik montajlarda meydana geldiğinden, özellikle tehlikeli hale getirir.
Yüksek mukavemetli karbon çelik vidalarda hidrojen kucaklamasını önlemek için yaygın olarak birkaç strateji kullanılmaktadır. Birincisi süreç kontrolüdür. Üreticiler yüzey işlem süreçleri sırasında hidrojen maruziyetini en aza indirmelidir. Örneğin, asit turşusu yerine alkalin temizliği kullanma ve mümkün olduğunca elektrokaplamadan kaçınma veya mekanik kaplama gibi alternatifler kullanma. Elektrokaplama gerekiyorsa, pişirme olarak bilinen kritik bir işlem sonrası işlem yapılır. Bu, vidaların (tipik olarak 190-230 ° C'de birkaç saat boyunca) ısıtılmasını içerir.
Malzeme seçimi başka bir kontrol yöntemidir. Karbon içeriğinin azaltılması veya kucaklamaya karşı daha iyi dirençli alaşım çeliklerin seçilmesi yardımcı olabilir, ancak bu güç ve maliyetteki değiş tokuşları içerebilir. Ek olarak, bağlantı elemanlarının nihai gerilme mukavemetini, Embrittlement eşiğinin (genellikle ~ 1000 MPa olarak belirtilen) biraz altında azaltmak, duyarlılığı önemli ölçüde azaltabilir.
Hizmette stres azaltma ve çevre kontrolleri anahtardır. Aşırı sıkıntıdan kaçınmak ve uygun tork spesifikasyonlarını kullanmak, vidalara uygulanan gerilme stresini sınırlayabilir. Sızdıracılarla birlikte çinko-nikel veya fosfat tedavileri gibi koruyucu kaplamalar, vidaları hidrojen üreten aşındırıcı ortamlardan koruyabilir. Oldukça kritik uygulamalarda, bağlantı elemanları bazen potansiyel E-Earma risklerini hesaba katmak için yerleşik güvenlik faktörleri ile belirtilir.
Yüksek mukavemetli karbon çelik vidalarda hidrojen sarsıntısı, stres altında hidrojen giriş, yakalama ve çatlak yayılmasını içeren karmaşık ama iyi anlaşılmış bir fenomendir. Oluşumu, çelik bileşimi, üretim süreçleri, çevresel maruz kalma ve hizmet stresi gibi birçok faktörden etkilenir. Titiz proses kontrolü, uygun malzeme seçimi ve pişirme gibi tedavi sonrası protokoller sayesinde üreticiler, hidrojenle ilgili başarısızlık riskini önemli ölçüde azaltabilir ve karbon çelik bağlantı elemanlarının zorlu uygulamalarda uzun vadeli güvenilirliğini sağlayabilir. .
