التقصف الهيدروجينى للبراغي المصنوعة من سبائك الصلب (1)
كسر التقصف الهيدروجينى للبراغي هو شكل شائع من أشكال الفشل. نظرًا لأن كسر تقصف الهيدروجين يتم تأخيره وإخفائه ، فإن الضرر الذي يسببه يكون أكبر بكثير من الضرر الناجم عن الكسور الأخرى. منذ هذا القرن ، كانت كسور التقصف الهيدروجين لمسامير الصلب المصنوعة من السبائك شائعة ، مما يعيق بشكل خطير ترتيب التطوير الطبيعي لنماذج الطيران ، وقد وصلت إلى مستوى "الحديث عن تغير لون الهيدروجين". من أجل تمكين المزيد من الموظفين العلميين والتقنيين من فهم آلية تقصف الهيدروجين ، وفهم قانون التقصف الهيدروجين للبراغي ، ومنع حدوث تقصف الهيدروجين للبراغي بشكل فعال ، تتم الآن كتابة نتائج هذه الدراسات وتقديمها للقراء. المرجعي.
1 آلية وعملية كسر تقصف الهيدروجين
1.1 مفهوم التقصف الهيدروجينى
أظهرت الدراسات أن الأشكال المحتملة للهيدروجين في المعادن تشمل ذرات الهيدروجين ، أيونات الهيدروجين ، جزيئات الهيدروجين ، الميثان ، المجموعات الذرية ، هيدرات المعادن ، إلخ. من بينها ، ذرات الهيدروجين الحرة ، أيونات الهيدروجين ، وجزيئات الهيدروجين هي الأسباب الرئيسية للهيدروجين التقصف. الهيدروجين في حالة المحلول الصلب هو السبب الرئيسي لخصائص المواد الهشة. يمكن تقسيم نقاط تلف الهيدروجين للمعادن تقريبًا إلى فئتين: الأولى هي أن الهيدروجين يسبح ويتراكم في المادة المعدنية ، مكونًا شقوقًا دقيقة ، وبثورًا ، وأخيراً يتسبب في كسر تقصف الهيدروجين ؛ والآخر هو تآكل الهيدروجين ، أي الهيدروجين في المادة المعدنية. يحدث الفعل الكيميائي في المادة لتكوين هيدرات هشة ، الذي يغير الخواص الميكانيكية للمادة ويسبب كسر تقصف الهيدروجين للمادة. ينتمي كسر التقصف الهيدروجين لمسامير الصلب السبائكية وغسالات الزنبرك إلى الفئة السابقة ، وينتمي كسر التقصف الهيدروجين لمسامير سبائك التيتانيوم إلى الفئة الأخيرة.
1.2 آلية كسر التقصف الهيدروجين
ما يسمى بكسر تقصف الهيدروجين هو الكسر المتأخر الذي يحدث عندما يخترق الهيدروجين المادة المعدنية ويسبب تلفًا في المواد ، مما يتسبب في تعرض المادة لضغط ثابت أقل من قوة الخضوع للمادة. يكمن الخطر في أن هذا النوع من الكسر يحدث أقل من حد العائد للمادة دون أي تشوه بلاستيكي ، ولا يمكن التحكم في زمن التأخير. لذلك ، فإن كسر تقصف الهيدروجين ضار جدًا بالهندسة الميكانيكية. فقط من خلال فهم آلية كسر تقصف الهيدروجين وإتقان قوانين كسر تقصف الهيدروجين يمكن تجنب حدوث كسر تقصف الهيدروجين بشكل فعال.
يتبع تفكك أو انتشار الهيدروجين في المواد الفولاذية عالية القوة قواعد معينة ، وكل من تدرج التركيز وتدرج الإجهاد هما القوى الدافعة لانتشار الهيدروجين. بمعنى آخر ، سينتشر الهيدروجين من منطقة التركيز العالي إلى منطقة التركيز المنخفض ، ويتراكم من منطقة الضغط المنخفض إلى منطقة الضغط العالي. عندما يكون هناك مسام ، شوائب ، شقوق صغيرة وعيوب أخرى في المواد الفولاذية عالية القوة أو تركيز الضغط العالي ، فإن أيونات الهيدروجين الحرة سوف تتجمع في نهايات الشقوق الدقيقة أو مناطق تركيز الضغط العالي تحت تأثير الضغط لتتحد مع تشكل جزيئات الهيدروجين. في نفس الوقت يزداد ضغط الهيدروجين. عندما يصل الضغط إلى مستوى معين ، فإن الشقوق الدقيقة للمادة سوف تتوسع وتمدد وتحرر الضغط ، بينما تتسرب جزيئات الهيدروجين من المادة المعدنية على شكل هيدروجين. تحت تأثير الإجهاد ، يستمر الهيدروجين الحر في التراكم في نهاية الشقوق الدقيقة المتوسعة لتكوين جزيئات هيدروجين جديدة ، مما يتسبب في استمرار التمدد الصغير والتطور إلى شقوق أكبر. مثل هذا الاستمرار المتكرر والتراكم المتكرر للهيدروجين يشكلان جزيئات الهيدروجين باستمرار ، وتستمر شقوق المواد في الزيادة والتوسع ، مما يؤدي في النهاية إلى كسر المادة المعدنية. تحدد هذه الآلية تأخير كسر تقصف الهيدروجين وعدم التأكد من وقت الكسر المتأخر. مما يتسبب في استمرار التكسرات الدقيقة في التوسع والتطور إلى شقوق أكبر. مثل هذا الاستمرار المتكرر والتراكم المتكرر للهيدروجين يشكلان جزيئات الهيدروجين باستمرار ، وتستمر شقوق المواد في الزيادة والتوسع ، مما يؤدي في النهاية إلى كسر المادة المعدنية. تحدد هذه الآلية تأخير كسر تقصف الهيدروجين وعدم التأكد من وقت الكسر المتأخر. مما يتسبب في استمرار التكسرات الدقيقة في التوسع والتطور إلى شقوق أكبر. مثل هذا الاستمرار المتكرر والتراكم المتكرر للهيدروجين يشكلان جزيئات الهيدروجين باستمرار ، وتستمر شقوق المواد في الزيادة والتوسع ، مما يؤدي في النهاية إلى كسر المادة المعدنية. تحدد هذه الآلية تأخير كسر تقصف الهيدروجين وعدم التأكد من وقت الكسر المتأخر.
تعتبر حركة الهيدروجين في المواد الفولاذية عالية القوة ظاهرة قابلة للعكس. يمكنه السباحة داخل المادة وفقًا لقواعده الخاصة ، أو يمكنه دفع الهيدروجين للهروب من المادة عن طريق إزالة الهيدروجين ، وهو ما يسمى "إزالة الهيدروجين" أو "إزالة الهيدروجين".
2 القانون الأساسي لكسر تقصف الهيدروجين
2.1 ثلاثة عناصر من كسر التقصف الهيدروجين
يجب استيفاء ثلاثة شروط لحدوث كسر تقصف الهيدروجين ، ما يسمى بالعناصر الثلاثة لكسر تقصف الهيدروجين ، كما هو موضح في الشكل 1. العناصر الثلاثة هي: ① المواد الحساسة لتقصف الهيدروجين ؛ ② استنشاق كمية معينة من الهيدروجين الحر في المادة ؛ ③ المادة تتحمل إجهاد شد ثابت كافي.
2.2 عملية حدوث كسر تقصف الهيدروجين
في ظل الظروف العادية ، يجب أن يمر كسر تقصف الهيدروجين بثلاث مراحل: فترة الحضانة ، وفترة نمو الكراك ، والكسر المفاجئ.
2.3 المواد التي يحتمل أن تسبب كسر تقصف الهيدروجين
لا يمكن أن تسبب كل المواد كسر تقصف الهيدروجين. تشير المواد التي يمكن أن تسبب كسر تقصف الهيدروجين إلى المواد الحساسة لتقصف الهيدروجين. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على حساسية المواد للهيدروجين ، بما في ذلك بشكل أساسي التركيب الكيميائي ، والهيكل المعدني ، وقوة الشد القصوى للمادة.
أظهرت الدراسات أن للكربون تأثير أكبر على حساسية المواد للهيدروجين. كلما زاد محتوى الكربون ، زادت حساسية المادة للهيدروجين. الشوائب مثل الكبريت والفوسفور هي أيضًا من العوامل الرئيسية التي تزيد من قابلية المادة لتقصف الهيدروجين.
كما أن للهيكل المعدني تأثير كبير على حساسية الهيدروجين للمادة. هيكل معدني مع انخفاض حساسية الهيدروجين: مارتينسيت مقسى ، باينيت علوي (خشن) ، سفلي بينيت (ناعم) ، سوربيت ، بيرليت ، وأوستنيت. من حيث التركيب المعدني ، كلما كانت حبيبات البلورات أكثر خشونة ، كانت المادة أكثر حساسية للهيدروجين. كلما زادت قوة الشد للمادة ، زادت حساسيتها لتقصف الهيدروجين. من المقبول عمومًا دوليًا أن كسر تقصف الهيدروجين يحدث فقط عندما تكون قوة الشد مساوية أو أكبر من 1050 ميجا باسكال.
عيوب المواد (شقوق صغيرة ، مسام ، شوائب ، إلخ) هي الأماكن التي يميل الهيدروجين إلى التراكم فيها. كلما زادت العيوب ، زادت مصادر التصدع للمادة ، وزادت حساسية المادة لتقصف الهيدروجين. التغييرات المفاجئة في شكل بنية المادة هي الأماكن التي يتركز فيها الإجهاد ، وهي أيضًا المكان الذي يحب الهيدروجين أن يتراكم فيه. كلما زاد عامل تركيز الإجهاد ، زادت حساسية تقصف الهيدروجين.
