合金鋼ボルトの水素脆化（1）
ボルトの水素脆化破壊は、一般的な故障の形態です。水素脆化破壊は遅延して隠蔽されるため、それがもたらす損傷は他の破壊によって引き起こされる損傷よりもはるかに大きくなります。今世紀以来、合金鋼ボルトの水素脆化破壊は当たり前のことであり、航空宇宙モデルの通常の開発順序を深刻に妨げ、「水素変色について話す」レベルに達しています。より多くの科学技術者が水素脆化のメカニズムを理解し、ボルトの水素脆化の法則を理解し、ボルトの水素脆化の発生を効果的に防止できるようにするために、これらの研究の結果が書かれ、読者に紹介されています。参照。
1水素脆化破壊のメカニズムとプロセス
1.1水素脆化の概念
研究によると、金属中の水素の可能な形態には、水素原子、水素イオン、水素分子、メタン、原子基、金属水素化物などが含まれます。その中で、遊離水素原子、水素イオン、および水素分子が水素の主な原因です。脆化。固溶体状態の水素は、脆性材料特性の主な原因です。水素の金属への損傷点は、大きく2つのカテゴリに分類できます。1つは、水素が泳いで金属材料に蓄積し、微小亀裂やブリスターを形成し、最終的に水素脆化破壊を引き起こすことです。もう1つは水素腐食です。つまり、水素は金属材料に含まれています。化学作用が材料内で発生し、脆い水素化物を形成します。これにより、材料の機械的特性が変化し、材料の水素脆化破壊が発生します。合金鋼ボルトとばね座金の水素脆化破壊は前者のカテゴリーに属し、チタン合金ボルトの水素脆化破壊は後者のカテゴリーに属します。
1.2水素脆化破壊のメカニズム
いわゆる水素脆化破壊は、水素が金属材料に浸透して材料に損傷を与え、材料に材料の降伏強度よりも低い静的応力がかかるときに発生する遅延破壊です。この種の破壊は、塑性変形なしに材料の降伏限界未満で発生し、遅延時間を制御できないという危険性があります。したがって、水素脆化破壊は機械工学に非常に有害です。水素脆化破壊のメカニズムを理解し、水素脆化破壊の法則を習得することによってのみ、水素脆化破壊の発生を効果的に回避することができます。
高強度鋼材料における水素の解離または拡散は特定の規則に従い、濃度勾配と応力勾配の両方が水素拡散の推進力です。言い換えれば、水素は高濃度領域から低濃度領域に拡散し、低ストレス領域から高ストレス領域に蓄積します。高張力鋼材や高応力集中部に気孔、介在物、微小亀裂などの欠陥があると、応力の作用下で遊離水素イオンが微小亀裂や高応力集中領域の端に集まり、水素分子を形成します。同時に、水素の圧力が上昇します。圧力が特定のレベルに達すると、材料のマイクロクラックが膨張、伸長、および圧力を解放します。一方、水素分子は水素の形で金属材料から逃げます。応力の作用下で、遊離水素は膨張したマイクロクラックの終わりに向かって蓄積し続け、新しい水素分子を形成します。これにより、マイクロクラックは膨張し続け、より大きな亀裂に進化します。このような水素の繰り返しの継続と蓄積の繰り返しにより、水素分子が連続的に形成され、材料の亀裂が増加および拡大し続け、最終的に金属材料の破壊につながります。このメカニズムは、水素脆化破壊の遅延と遅延破壊時間の不確実性を決定します。これにより、マイクロクラックは拡大し続け、より大きなクラックに進化します。このような水素の繰り返しの継続と蓄積の繰り返しにより、水素分子が連続的に形成され、材料の亀裂が増加および拡大し続け、最終的に金属材料の破壊につながります。このメカニズムは、水素脆化破壊の遅延と遅延破壊時間の不確実性を決定します。これにより、マイクロクラックは拡大し続け、より大きなクラックに進化します。このような水素の繰り返しの継続と蓄積の繰り返しにより、水素分子が連続的に形成され、材料の亀裂が増加および拡大し続け、最終的に金属材料の破壊につながります。このメカニズムは、水素脆化破壊の遅延と遅延破壊時間の不確実性を決定します。
高張力鋼材料中の水素の移動は可逆的な現象です。それは、独自の規則に従って材料内を泳ぐことができます。または、水素を除去することによって水素を材料から逃がすことができます。これは、いわゆる「水素の除去」または「水素の除去」です。
2水素脆化破壊の基本法則
2.1水素脆化破壊の3つの要素
図1に示すように、水素脆化破壊が発生するには、3つの条件、いわゆる水素脆化破壊の3つの要素が満たされている必要があります。3つの要素は次のとおりです。①水素脆化に敏感な材料。②材料中の一定量の遊離水素の吸入。③材料は十分な静的引張応力に耐えます。
2.2水素脆化破壊の発生過程
通常の状況では、水素脆化破壊は、潜伏期間、亀裂成長期間、および突然の破壊の3つの段階を経る必要があります。
2.3水素脆化破壊を引き起こす可能性のある材料
すべての材料が水素脆化破壊を引き起こす可能性があるわけではありません。水素脆化破壊を引き起こす可能性のある材料とは、水素脆化に敏感な材料を指します。水素に対する材料の感度に影響を与える多くの要因があります。主に、化学組成、金属組織構造、材料の極限引張強さなどです。
研究によると、炭素は材料の水素感受性に大きな影響を与えることが示されています。炭素含有量が高いほど、材料は水素に対してより敏感になります。硫黄やリンなどの不純物も、水素脆化に対する材料の感受性を高める主な要因です。
金属組織構造は、材料の水素感度にも大きな影響を及ぼします。水素感受性が低下した金属組織構造：焼戻しマルテンサイト、上部ベイナイト（粗い）、下部ベイナイト（細かい）、ソルバイト、パーライト、およびオーステナイト。金属組織構造の観点から、結晶子が粗いほど、材料は水素に対してより敏感です。材料の引張強度が高いほど、水素脆化に対する感度が高くなります。水素脆化破壊は、引張強度が1050MPa以上の場合にのみ発生することが国際的に認められています。
材料の欠陥（微小亀裂、細孔、介在物など）は、水素が蓄積する傾向がある場所です。欠陥が多いほど、材料の破壊源が多くなり、材料の水素脆化感度が高くなります。材料構造の形状の急激な変化は、応力が集中する場所であり、水素が蓄積するのが好きな場所でもあります。応力集中係数が大きいほど、水素脆化に対する感度が高くなります。
