Poškodenie vyvolané vodíkom ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Strojnícka fakulta Katedra obrábania a výrobnej techniky Poškodenie vyvolané vodíkom Vypracovali: Bc. Petra Šumáková e-mail: petra.sumakova@gmail.com Bc. Tomáš Truben e-mail: ttruben@gmail.com

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

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 hliníkové zliatiny 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 Titán 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] Teplota – do 530 až 590°C vyvolá skrátenie inkubačného času Tlak – analogicky ako teplota 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] Zmes dusík – vodík – čpavok vzniká pri tlakoch 100 MPa a teplotách okolo 600°C Plynná zmes obsahujúca sírovodík H2S Pri 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