Objetí vodíku je kritickým problémem při výrobě a aplikaci šroubů z uhlíkové oceli s vysokou pevností, zejména v průmyslových odvětvích, kde je nezbytná mechanická spolehlivost a dlouhodobý výkon. Tento jev se týká ztráty tažnosti a případného selhání kovu v důsledku přítomnosti a difúze atomů vodíku v jeho krystalické struktuře. Pochopení toho, jak dochází k odběru vodíku, zejména u uhlíkových upevňovacích prvků, je nezbytné pro výrobce, inženýry a odborníky na kontrolu kvality, aby se zabránilo katastrofickým selháním.
Vodíkové osvobození ve vysoké pevnosti Šrouby z uhlíkové oceli Obecně zahrnuje tři primární fáze: úvod vodíku, difúze a zachycení vodíku a následné zvlnění vedoucí ke zpožděnému selhání. Počáteční fáze, vstup do vodíku, může nastat během více bodů ve výrobním procesu. Mezi běžné zdroje patří moření (čištění kyselin), elektroplatování (zejména zinek nebo kadmium), fosfářství a dokonce i korozní reakce během servisu. Když je šroub vystaven kyselému prostředí nebo elektrochemickém procesu, na kovovém povrchu se vyrábí atomový vodík. Některé z těchto atomů vodíku pronikají do ocelové matrice, zejména v ocelích, které mají vysokou tvrdost nebo pevnost v tahu (obvykle nad 1000 MPa).
Jakmile jsou uvnitř kovu, mohou atomy vodíku migrovat a zachytit různé mikrostrukturální defekty, jako jsou hranice zrn, dislokace, inkluze a dutiny. U vysokých pevných ocelí, které mají tendenci mít napjaté a citlivější mikrostrukturu v důsledku legování a tepelného zpracování, poskytují nedokonalosti mřížky příznivá místa pro akumulaci vodíku. Postupem času může i malá množství zachyceného vodíku vytvářet vnitřní napětí, která ohrožují soudržnost kovu, zejména při tahovém zatížení.
Mechanismus osvobození není jen způsoben přítomností samotného vodíku, ale spíše tím, jak interaguje s ocelí pod napětím. Jednou z široce akceptovaného teorie je lokalizovaná plasticita (nápověda) zvýšená vodíkem, kde vodík zvyšuje mobilitu dislokací v lokalizovaných oblastech, což má za následek předčasné zahájení trhlin a šíření. Jiná teorie, známá jako dekoheze zvětšená vodíkem (HEDE), naznačuje, že vodík oslabuje atomové vazby podél hranic zrn, což vede k intergranulární zlomenině. V praxi mohou oba mechanismy fungovat současně v závislosti na složení oceli, mikrostruktuře a podmínkách servisního stavu.
V aplikaci se vodíkové zvlnění často projevuje jako zpožděné selhání. Šrouby, které po výrobě projdou všechny mechanické testy po výrobě, mohou náhle selhat po dnech nebo týdnech provozu, zejména pokud jsou vystaveny napětí v tahu. Povrch zlomenin obvykle vykazuje křehké rysy, jako je štěpení nebo intergranulární praskání, přestože materiál je za normálních podmínek tažný. Díky tomu je obzvláště nebezpečný zodpovědnost vodíku, protože selhání dochází bez varování a často v kritických sestavách.
Aby se zabránilo osvobození vodíku u vysoce pevných šroubů uhlíkových ocelí, běžně se používá několik strategií. První je řízení procesu. Výrobci musí během procesu povrchového úpravy minimalizovat expozici vodíku. Například použití alkalického čištění namísto moření kyseliny a vyhýbání se elektrolingu, pokud je to možné, nebo použití alternativ, jako je mechanické pokovování. Pokud je vyžadováno elektroplatování, provádí se kritický postproces známý jako pečení. To zahrnuje zahřívání šroubů (obvykle při 190–230 ° C po dobu několika hodin) krátce po pokovování, aby se zachytil vodík, aby se rozptýlil před tím, než způsobí poškození.
Výběr materiálu je další metoda řízení. Snížení obsahu uhlíku nebo výběr slitinových ocelí s lepším odporem k odvření může pomoci, i když to může zahrnovat kompromisy do síly a nákladů. Kromě toho může snížení maximální pevnosti v tahu upevňovacích prvků mírně pod prahem osvlení (běžně citované jako ~ 1000 MPa) dramaticky snížit náchylnost.
V provozu jsou klíčové snižování stresu a kontroly životního prostředí. Vyhýbání se nadměrnému utajení a použití správných specifikací točivého momentu může omezit napětí v tahu aplikované na šrouby. Ochranné povlaky, jako je ošetření zinku nebo fosfáty kombinované s těsnicími, mohou šrouby chránit před korozivními prostředími, které vytvářejí vodík. Ve vysoce kritických aplikacích jsou upevňovací prvky někdy specifikovány s vestavěnými bezpečnostními faktory, aby se zohlednily potenciální rizika pro uzavření.
Vyvlastnění vodíku u vysoce pevných šroubů uhlíkových ocelí je komplexní, ale dobře srozumitelný jev, který zahrnuje vniknutí vodíku, zachycení a šíření trhlin pod napětím. Jeho výskyt je ovlivněn několika faktory, včetně složení oceli, výrobních procesů, expozice životního prostředí a servisního stresu. Prostřednictvím přísného řízení procesů, vhodného výběru materiálu a protokolů po léčbě, jako je pečení, mohou výrobci výrazně snížit riziko poruch souvisejících s vodíkem a zajistit dlouhodobou spolehlivost upevňovacích prvků z uhlíkové oceli v náročných aplikacích. .
