Ingenieurs moeten zich bewust zijn van de omstandigheden die waterstofbrosheid kunnen veroorzaken en het vormingsproces ervan bij het selecteren van materialen voor specifieke toepassingen. Dit artikel bespreekt de bronnen van waterstof en de kenmerken van het ontstaan van waterstofbrosheid.
Overwegingen
Een andere vorm van spannings-corrosie scheuren is waterstofbrosheid. Hoewel brosheid van materialen in vele vormen voorkomt, heeft waterstofbrosheid in hoogsterkte staal de meest verwoestende werking vanwege de catastrofale aard van de breuken wanneer ze optreden. Waterstofbrosheid is het proces waarbij staal zijn ductiliteit en sterkte verliest door kleine scheurtjes die ontstaan door de interne druk van waterstof (H2) of methaangas (CH4), dat zich vormt bij de korrelgrenzen. In zirkoniumlegeringen wordt waterstofbrosheid veroorzaakt door zirkoniumhydratatie.
Bronnen van Waterstof
Bronnen van waterstof die brosheid kunnen veroorzaken, worden aangetroffen bij de productie van staal, bij het verwerken van onderdelen, bij lassen, bij opslag of insluiting van waterstofgas, en als verontreiniging in de omgeving die vaak wordt geproduceerd als bijproduct van algemene corrosie. Waterstof kan worden geproduceerd door corrosiereacties zoals roesten, kathodische bescherming en galvaniseren.
Waterstofbrosheid van Roestvrij Staal
Zoals te zien is in de onderstaande afbeelding, diffundeert waterstof langs de korrelgrenzen en combineert het met de koolstof (C), die is gelegeerd met het ijzer, om methaangas te vormen. Het methaangas is niet mobiel en verzamelt zich in kleine holtes langs de korrelgrenzen waar het enorme drukken opbouwt die scheuren initiëren.
Waterstofbrosheid
Als het metaal onder hoge trekspanning staat, kan er een brosse breuk optreden. Bij normale kamertemperaturen worden de waterstofatomen geabsorbeerd in het metaalrooster en diffunderen ze door de korrels, waarbij ze de neiging hebben zich te verzamelen bij insluitsels of andere roosterdefecten. Als spanning onder deze omstandigheden scheuren veroorzaakt, is het pad transgranulair. Bij hoge temperaturen heeft de geabsorbeerde waterstof de neiging zich te verzamelen in de korrelgrenzen en is spanningsgeïnduceerde scheuring dan intergranulair. Het scheuren van martensitische en precipitatiegeharde staalsoorten wordt beschouwd als een vorm van waterstofspanningscorrosiescheuren die het gevolg is van de opname in het metaal van een deel van de atomaire waterstof die wordt geproduceerd in de volgende corrosiereactie.
Waterstofbrosheid is geen permanente toestand. Als er geen scheuren optreden en de omgevingsomstandigheden worden veranderd zodat er geen waterstof op het oppervlak van het metaal wordt gegenereerd, kan de waterstof opnieuw diffunderen uit het staal, zodat de ductiliteit wordt hersteld.
Om het probleem van waterstofbrosheid aan te pakken, wordt de nadruk gelegd op het beheersen van de hoeveelheid restwaterstof in staal, het beheersen van de hoeveelheid waterstofopname bij verwerking, het ontwikkelen van legeringen met verbeterde weerstand tegen waterstofbrosheid, het ontwikkelen van laag- of niet-brosheid plating of coating processen, en het beperken van de hoeveelheid in-situ (in positie) waterstof die tijdens de levensduur van een onderdeel wordt geïntroduceerd.
Samenvatting
De belangrijke informatie in deze sectie is hieronder samengevat.
Samenvatting van Waterstofbrosheid
De voorwaarden die nodig zijn voor waterstofbrosheid in staal zijn de aanwezigheid van waterstof en de aanwezigheid van koolstof in het staal. Waterstof komt van:
- Productie van staal.
- Verwerking van onderdelen.
- Lassen.
- Opslag of insluiting van waterstofgas.
- Waterstof als verontreiniging in de omgeving (vaak geproduceerd als bijproduct van algemene corrosie).
Waterstofbrosheid is het resultaat van waterstof dat diffundeert langs korrelgrenzen en combineert met koolstof om methaangas te vormen. Het methaangas verzamelt zich in kleine holtes langs de korrelgrenzen waar het enorme drukken opbouwt die scheuren initiëren en de ductiliteit van het staal verminderen. Als het metaal onder een hoge trekspanning staat, kan er een brosse breuk optreden.
Gerelateerde Online Engineering Cursussen
Anti-Wrijving Lager Grondbeginselen
Scheepsterminologie en Onderdelen