ไฮโดรเจน embrittlement เกิดขึ้นได้อย่างไรในสกรูเหล็กคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูง

ไฮโดรเจน embrittlement เป็นข้อกังวลที่สำคัญในการผลิตและการประยุกต์ใช้สกรูเหล็กคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่ความน่าเชื่อถือเชิงกลและประสิทธิภาพในระยะยาวเป็นสิ่งจำเป็น ปรากฏการณ์นี้หมายถึงการสูญเสียความเหนียวและความล้มเหลวในที่สุดของโลหะเนื่องจากการปรากฏตัวและการแพร่กระจายของอะตอมไฮโดรเจนภายในโครงสร้างผลึก การทำความเข้าใจว่าการใช้ไฮโดรเจน embrittlement เกิดขึ้นได้อย่างไรโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการยึดเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับผู้ผลิตวิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมคุณภาพเพื่อป้องกันความล้มเหลวของหายนะ

ไฮโดรเจน embrittlement ในความแข็งแรงสูง สกรูเหล็กคาร์บอน โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับสามขั้นตอนหลัก: การแนะนำไฮโดรเจน, การแพร่กระจายของไฮโดรเจนและการดักจับและการยอมรับที่ตามมาซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวล่าช้า ระยะเริ่มต้นการเข้าไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงหลายจุดในกระบวนการผลิต แหล่งที่มาทั่วไป ได้แก่ การดอง (การทำความสะอาดกรด), การชุบด้วยไฟฟ้า (โดยเฉพาะสังกะสีหรือแคดเมียม), ฟอสเฟตและปฏิกิริยาการกัดกร่อนระหว่างการให้บริการ เมื่อสกรูสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าไฮโดรเจนอะตอมจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะ อะตอมไฮโดรเจนเหล่านี้บางส่วนเจาะเข้าไปในเมทริกซ์เหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเหล็กที่มีความแข็งสูงหรือแรงดึงสูง (โดยปกติจะสูงกว่า 1,000 MPa)

เมื่ออยู่ในโลหะอะตอมไฮโดรเจนสามารถอพยพและติดกับดักที่ข้อบกพร่องทางโครงสร้างจุลภาคต่างๆเช่นขอบเขตของเมล็ดพืชการเคลื่อนที่การรวมและช่องว่าง ในเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีแนวโน้มที่จะมีโครงสร้างจุลภาคที่เข้มงวดและละเอียดอ่อนมากขึ้นเนื่องจากการผสมและการรักษาด้วยความร้อนความไม่สมบูรณ์ของตาข่ายเป็นสถานที่ที่ดีสำหรับการสะสมไฮโดรเจน เมื่อเวลาผ่านไปไฮโดรเจนที่ติดกับดักจำนวนเล็กน้อยสามารถสร้างความเค้นภายในที่ประนีประนอมการทำงานร่วมกันของโลหะโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แรงดึง

กลไก embrittlement ไม่ได้เกิดจากการปรากฏตัวของไฮโดรเจน แต่เป็นวิธีที่มันโต้ตอบกับเหล็กภายใต้ความเครียด ทฤษฎีที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลายอย่างหนึ่งคือพลาสติกพลาสติกที่ได้รับการปรับปรุงจากไฮโดรเจน (Help) ซึ่งไฮโดรเจนจะเพิ่มความคล่องตัวของการเคลื่อนที่ในภูมิภาคที่มีการแปลทำให้เกิดการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกก่อนวัยอันควร อีกทฤษฎีหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อ decohesion ที่เพิ่มไฮโดรเจน (HEDE) แสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจนอ่อนตัวลงพันธะอะตอมตามขอบเขตของเมล็ดซึ่งนำไปสู่การแตกหักของการแตกหัก ในทางปฏิบัติกลไกทั้งสองอาจทำงานพร้อมกันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเหล็กโครงสร้างจุลภาคและเงื่อนไขการให้บริการ

ในการใช้งานไฮโดรเจน embrittlement มักจะปรากฏว่าเป็นความล้มเหลวที่ล่าช้า สกรูที่ผ่านการทดสอบเชิงกลทั้งหมดหลังจากการผลิตสามารถล้มเหลวได้อย่างกะทันหันหลังจากวันหรือสัปดาห์ของการให้บริการโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพวกเขาอยู่ภายใต้ความเครียดแรงดึง พื้นผิวที่แตกหักมักจะแสดงคุณสมบัติที่เปราะเช่นความแตกแยกหรือการแคร็กระหว่างกันแม้จะมีวัสดุที่เหนียวภายใต้สภาวะปกติ สิ่งนี้ทำให้ไฮโดรเจน embrittlement เป็นอันตรายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความล้มเหลวเกิดขึ้นโดยไม่มีการเตือนและมักจะอยู่ในชุดประกอบที่สำคัญ

เพื่อป้องกันการใช้ไฮโดรเจนในสกรูเหล็กคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงมีการใช้กลยุทธ์หลายอย่าง ครั้งแรกคือการควบคุมกระบวนการ ผู้ผลิตจะต้องลดการสัมผัสไฮโดรเจนในระหว่างกระบวนการบำบัดพื้นผิว ตัวอย่างเช่นการใช้การทำความสะอาดอัลคาไลน์แทนการดองกรดและหลีกเลี่ยงการชุบด้วยไฟฟ้าที่เป็นไปได้หรือใช้ทางเลือกอื่นเช่นการชุบเชิงกล หากจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าจะต้องมีการโพสต์วิกฤตที่รู้จักกันในชื่อการอบ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนสกรู (โดยทั่วไปที่ 190–230 ° C เป็นเวลาหลายชั่วโมง) หลังจากชุบเพื่อให้ไฮโดรเจนที่ติดอยู่จะกระจายออกไปก่อนที่จะทำให้เกิดความเสียหาย

การเลือกวัสดุเป็นวิธีการควบคุมอื่น การลดปริมาณคาร์บอนหรือการเลือกเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มีความต้านทานต่อการยั่วยุที่ดีขึ้นสามารถช่วยได้แม้ว่าสิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความแข็งแกร่งและค่าใช้จ่าย นอกจากนี้การลดความต้านทานแรงดึงสูงสุดของตัวยึดเล็กน้อยต่ำกว่าเกณฑ์ embrittlement เล็กน้อย (โดยทั่วไปอ้างว่า ~ 1,000 MPa) สามารถลดความไวต่อความไวได้อย่างมาก

ในการบริการการลดความเครียดและการควบคุมสิ่งแวดล้อมเป็นกุญแจสำคัญ การหลีกเลี่ยงการกระชับมากเกินไปและการใช้ข้อกำหนดแรงบิดที่เหมาะสมสามารถ จำกัด ความเครียดแรงดึงที่ใช้กับสกรู การเคลือบป้องกันเช่นการรักษาด้วยสังกะสี-นิกเกิลหรือฟอสเฟตรวมกับแมวน้ำสามารถป้องกันสกรูจากสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนที่สร้างไฮโดรเจน ในการใช้งานที่สำคัญอย่างยิ่งบางครั้งมีการระบุตัวยึดด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยในตัวเพื่ออธิบายถึงความเสี่ยงต่อการใช้งานที่อาจเกิดขึ้น

ไฮโดรเจน embrittlement ในสกรูเหล็กคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อน แต่เข้าใจได้ดีที่เกี่ยวข้องกับการเข้าไฮโดรเจนการดักจับและการแพร่กระจายของรอยแตกภายใต้ความเครียด การเกิดขึ้นของมันได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่างรวมถึงองค์ประกอบของเหล็กกระบวนการผลิตการเปิดรับสิ่งแวดล้อมและความเครียดจากการบริการ ผ่านการควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวดการเลือกวัสดุที่เหมาะสมและโปรโตคอลหลังการรักษาเช่นการอบผู้ผลิตสามารถลดความเสี่ยงของความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนได้อย่างมีนัยสำคัญ