Il personale ingegneristico deve essere consapevole delle condizioni che portano alla fragilità da idrogeno e del suo processo di formazione quando seleziona i materiali per una determinata applicazione. Questo articolo discute le fonti di idrogeno e le caratteristiche che contribuiscono alla fragilità da idrogeno.
Preoccupazione
Un'altra forma di corrosione da stress è la fragilità da idrogeno. Sebbene la fragilità dei materiali possa manifestarsi in molte forme, la fragilità da idrogeno negli acciai ad alta resistenza ha l'effetto più devastante a causa della natura catastrofica delle fratture che si verificano. La fragilità da idrogeno è il processo mediante il quale l'acciaio perde la sua duttilità e resistenza a causa di microfessure che risultano dalla pressione interna dell'idrogeno (H2) o del gas metano (CH4), che si forma ai bordi dei grani. Nelle leghe di zirconio, la fragilità da idrogeno è causata dall'idrurazione dello zirconio.
Fonti di Idrogeno
Le fonti di idrogeno che causano fragilità sono riscontrate nella produzione di acciaio, nella lavorazione dei pezzi, nella saldatura, nello stoccaggio o nel contenimento del gas idrogeno e in relazione all'idrogeno come contaminante ambientale, spesso prodotto come sottoprodotto della corrosione generale. L'idrogeno può essere generato da reazioni di corrosione come la ruggine, la protezione catodica e la galvanostegia.
Fragilità da Idrogeno dell'Acciaio Inossidabile
Come mostrato nell'immagine sottostante, l'idrogeno diffonde lungo i bordi dei grani e si combina con il carbonio (C), che è legato con il ferro, per formare gas metano. Il gas metano non è mobile e si accumula in piccoli vuoti lungo i bordi dei grani, dove esercita enormi pressioni che iniziano le crepe.
Fragilità da Idrogeno
Se il metallo è sottoposto a un alto stress di trazione, può verificarsi una rottura fragile. A temperature normali, gli atomi di idrogeno vengono assorbiti nel reticolo metallico e diffusi attraverso i grani, tendendo a raccogliersi in inclusioni o altri difetti del reticolo. Se lo stress induce crepe in queste condizioni, il percorso è transgranulare. Ad alte temperature, l'idrogeno assorbito tende a raccogliersi nei bordi dei grani e la rottura indotta dallo stress è quindi intergranulare. Si ritiene che la rottura degli acciai martensitici e induriti per precipitazione sia una forma di corrosione da stress da idrogeno che risulta dall'ingresso nel metallo di una parte dell'idrogeno atomico prodotto nella seguente reazione di corrosione.
La fragilità da idrogeno non è una condizione permanente. Se non si verificano crepe e le condizioni ambientali cambiano in modo che non venga generato idrogeno sulla superficie del metallo, l'idrogeno può ridiffondere dall'acciaio, ripristinando la duttilità.
Per affrontare il problema della fragilità da idrogeno, si pone l'accento sul controllo della quantità di idrogeno residuo nell'acciaio, sul controllo dell'assorbimento di idrogeno durante la lavorazione, sullo sviluppo di leghe con resistenza migliorata alla fragilità da idrogeno, sullo sviluppo di processi di placcatura o rivestimento a bassa o nessuna fragilità e sulla limitazione della quantità di idrogeno in situ introdotto durante la vita di servizio di un pezzo.
Riepilogo
Le informazioni importanti in questa sezione sono riassunte di seguito.
Riepilogo della Fragilità da Idrogeno
Le condizioni necessarie per la fragilità da idrogeno nell'acciaio sono la presenza di idrogeno e la presenza di carbonio nell'acciaio. L'idrogeno proviene da:
- Produzione di acciaio.
- Lavorazione dei pezzi.
- Saldatura.
- Stoccaggio o contenimento del gas idrogeno.
- Idrogeno come contaminante ambientale (spesso prodotto come sottoprodotto della corrosione generale).
La fragilità da idrogeno è il risultato dell'idrogeno che diffonde lungo i bordi dei grani e si combina con il carbonio per formare gas metano. Il gas metano si accumula in piccoli vuoti lungo i bordi dei grani, dove esercita enormi pressioni che iniziano le crepe e riducono la duttilità dell'acciaio. Se il metallo è sottoposto a un alto stress di trazione, può verificarsi una frattura fragile.
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