Cтраница 3
Значительное снижение пластических свойств стали под действием водорода и напряжений называется водородной хрупкостью. Различают обратимую и необратимую водородную хрупкость. Охрупчивающее влияние водорода при содержаниях его до 8 - 10 мл / 100 г в большинстве случаев - процесс обратимый, т.е. после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность конструкции не слишком большого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода из металла. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, растворенным в кристаллической решетке водородом. Необратимая хрупкость зависит от содержания водорода в стали в молекулярном состоянии, агрегированного в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим большие трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, в структуре стали происходят необратимые изменения [69]: образуются трещины по границам зерен, где наблюдается преимущественное скопление водорода и обезуглероживание стали. [31]
Влияние химического состава весьма значительно. Фосфор, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий ( а также никель и медь в присутствии хрома и марганца) увеличивают склонность стали к обратимой хрупкости. Титан, цирконий, азот ( а также никель и медь - в отсутствие других легирующих элементов) не влияют на нее. Молибден и вольфрам уменьшают склонность к обратимой хрупкости. При высоком содержании фосфора ( 0 1 - 0 2 / о) сталь, вязкая после закалки и высокого отпуска, становится хрупкой после вылеживания в течение нескольких часов на воздухе. [32]
Тепловая хрупкость первого рода заключается в обратимом падении ударной вязкости стали в результате длительного нагрева без нагрузки или под нагрузкой. Тепловая хрупкость второго рода характеризуется резким необратимым снижением значений относительного удлинения, сужения и ударной вязкости стали в результате длительного нагрева под нагрузкой. Этот вид хрупкости называют также статической тепловой хрупкостью, тепловым ослаблением, необратимой тепловой хрупкостью. Последнее название наиболее полно отражает основное существо процесса, так как если сталь, склонная к необратимой тепловой хрупкости, нагревалась под нагрузкой дольше определенного времени, то термическая обработка уже не может вернуть ей исходную ударную вязкость и пластичность, поскольку в данном случае снижение этих свойств было вызвано образованием микротрещин в материале. На необратимую хрупкость в ряде сталей накладывается и обратимая хрупкость, что в свою очередь может облегчить возникновение трещин по границам зерен вследствие понижения сопротивления отрыву. [33]
Кремний при содержании 1 5 % повышает склонность хромоникелевой стали к обратимой хрупкости [109, 113], однако его влияние слабее влияния марганца. Ниобий и бор, по последним данным [122, 123], несколько уменьшают обратимую хрупкость стали. Алюминий обычно относят к нейтральным элементам, хотя имеются данные о том, что он несколько ослабляет обратимую хрупкость вследствие, по-видимому, измельчения зерна стали [109]; по другим данным [123], алюминий усиливает обратимую хрупкость. Сведения о влиянии азота противоречивы. Титан и ниобий нельзя действенно использовать для подавления обратимой хрупкости; эти элементы могут лишь в небольшой степени ослаблять ее, измельчая зерно стали. [34]
В нагруженном образце с надрезом происходит перемещение водорода в зоны трехосного растяжения. Когда концентрация водорода в зоне трехосного растяжения превысит критическую, зарождается трещина. Далее в поле напряжений происходит непрерывная транспортировка атомов водорода к устью трещины, что облегчает ее развитие. Зародившись в объеме образца, трещина затем выходит на поверхность. Живое сечение образца постепенно уменьшается и, наконец, происходит катастрофическое развитие трещины и разрушение образца. Перемещение водорода в эту зону при небольших напряжениях может происходить путем восходящей диффузии, а при больших напряжениях - за счет транспортировки водорода перемещающимися в поле напряжений дислокациями. При высоком уровне действующих напряжений развитие замедленного разрушения, обусловленного водородом, сходно с механизмом водородной обратимой хрупкости шестого вида. [35]