ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Strojnícka fakulta Katedra obrábania a výrobnej techniky

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE

Strojnícka fakultaKatedra obrábania a výrobnej techniky

Bc. Tomáš Truben e-mail: ttruben@gmail.com

Vypracovali:

Bc. Petra Šumáková e-mail: petra.sumakova@gmail.com

Poškodenie vyvolané vodíkom

Vodíková krehkosť

Je najzávažnejším problémom pôsobenia vodíka na kovové diely. Pre funkciu namáhaných dielov je veľmi nebezpečným javom a je nutné snažiť sa mu predchádzať, pravidelne sledovať možné zhoršujúce sa trendy zvyšovania navodíkovania namáhaných dielov [3].

Obr.1 Trhlina spôsobená vodíkom [2]

Katódové vodíkovanie – vedie k skrehnutiu

Anódové rozpúšťanie – vedie ku koróznemu praskaniu [1]

T – vodíková trhlina

M – kov

H – atómový vodík

e - elektrón

Obr.2 a) katódové navodíkovanie b) anódové rozpúšťanie [2]

a) b)

Modely popisujúce zníženie pevnostných plastických vlastností materiálu [1]

• Adsorpčný – vodík na povrchu kovu a v jeho trhlinách znížuje povrchovú energiu a tým aj veľkosť napätia potrebného na šírenie trhliny.

• Dekohézny – vodík vyvolá zníženie modulu elasticity a kohéznej pevnosti matrice.

• Model pascí – vodík sa zachytáva v pascách (póroch a trhlinách) kritických koncentráciách vodíka.

• Model vzniku vysokého aerostatického tlaku – premenou nahromadeného atomárneho vodíka na molekulárny vzrastie tlak.

• Reakčný model – rozpustený vodík reaguje so štrukturálnymi časticami a vznikajú plyny (CH4) alebo hydridy (Ti, Nb, Zr, Ta).

Vysokopevné ocele

• Vodíkové skrehnutie nastáva pri medzi klzu 1300 až 1400 MPa už pri zaťažení vo vlhkom vzduchu.

• Sírovodík vo vode obmedzuje ich použitie (vrtné zariadenia)• Adsorpčný model, dekohézny model a model pascí

Vysokopevné hliníkové zliatiny• Vodík je jediné vysvetlenie korózneho praskania vo

vlhkom vzduchu [1]

Nikel• Prechod z jednoosového do dvojosového napäťového

stavu• Spájanie interkryštalických mikrotrhlín počas deformácie

Titán• Výskyt vodíka v podobe hydridov • Adsorpcia vodíka na nerovnostiach• Adsorpcia v dôsledku prítomnosti Ni, Fe [1]

Vodíková korózia

Prebieha ako vnútorné oduhličovanie kovu bez difúzie plynných produktov korózie, vyvolané pôsobením vodíkového prostredia [1].

Rovnice oduhličovania:

Fe3C + 4H → 3Fe + CH4 C + 4H → CH4 [2]

Faktory ovplyvňujúce inkubačný čas vodíkovej korózie [1]

1. Teplota – do 530 až 590°C vyvolá skrátenie inkubačného času

2. Tlak – analogicky ako teplota

3. Štruktúra ocele – množstvo, tvar a stabilita karbidovej fázy (pod 0,03% je malý podiel karbidovej fázy)

Čiarkované čiary:

tlak (konšt.) 5 MPa a teplota:

1. 427°C

2. 482°C

3. 593°C

Plné čiary:

teplota (konšt.) 480°C a tlak:

4. 6,7 MPa

5. 4,9 MPa

6. 3,2 MPa

Obr.3 Závislosť zúženia tyče Z od času expozície τ pri vodíkovej korózii ocele [2].

Vplyv plynných atmosfér [1]

1. Zmes dusík – vodík – čpavok vzniká pri tlakoch 100 MPa a teplotách okolo 600°C

2. Plynná zmes obsahujúca sírovodík H2SPri teplote 260°C prebieha reakcia:

Fe + H2S → FeS + H2

Ochrana materiálu

• Legovanie – Cr (najčastejšie), Mn (do 2%), Mo, W, V, Ti (odolnosť pri teplotách 300 až 600°C)

• Fázové zloženie zliatin• Ochranné povlaky [1]• Vhodné techológie – napr. nesprávne nastavenie

prúdovej hustoty pri galvanickom pokovovaní – dlhé časy morenia [3]

• Tepelné spracovanie – odvodíkovanie – žíhanie (čím viac vakancií, tým intenzívnejšia difúzia vodíka) [4]

Obr.4 Príklad trhliny na feritickej oceli [5].

Obr.5 Schematický diagram difúzie a hromadenie vodíka v kove [2]

Príklad z praxe - dôsledok vodíkovej krehkosti

Obr.6 Prasklina po celej dĺžke zvaru [2]. Obr.7 Dĺžka praskliny cca 22 cm [2].

Obr.8 Pohľad na protiľahlú stranu prasknutého pozdĺžnika

Obr.9 Prechodová zóna zvaru s trhlinou

Bibliografia

[1] PUŠKÁR, A. – KÁPOLKA, P.: Podmienky vzniku a šírenia lomov v konštrukčných materiáloch, Liptovský Mikuláš 1994

[2] HADZIMA, B. – LIPTÁKOVÁ, T.: Základy elektrochemickej korózie kovov, Žilinská univerzita v Žiline 2008

[3] http://povrchari.cz/kestazeni/200801_povrchari.pdf

[4] http://www.kchsz.sjf.stuba.sk/pedagogika/Ucebnice/ KVZ_skripta/006%20Korozia.DOC

[5] www.fbi.vsb.cz/shared/uploadedfiles/fbi/SVOC-BM.pdf

Ďakujem za pozornosť