صفحه محصول - بررسی ترک خوردگی هیدروژن

بررسی ترک خوردگی هیدروژن (pptx) 20 اسلاید

دسته بندی : پاورپوینت

نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد اسلاید: 20 اسلاید

قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :

بررسی ترک خوردگی هیدروژن ترک ناشی از هیدروژن (Hydrogen Cracking) از جمله مشکلاتی است که در جوشکاری برخی از فولادها و تحت شرایط خاص بروز می کند. برای مثال فولاد ساده کربنی با بیش از 0.15 درصد کربن (اگرچه فولادهای با درصد کربن کمتر از این حد هم در مقابل این پدیده مصونیت ندارند)، فولادهای کرم – مولیبدنی ، فولادهای کم آلیاژی عملیات حرارتی پذیر و فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و زنگ نزن دو فازی (در حضور ساختاری با بیش از 50 درصد فریت )، مستعد به بروز این پدید هستند. این پدیده به نام های دیگری همچون تردی هیدروژنی ( Hydrogen Embrittlement ) و ترک خوردن تاخیری (Delayed Cracking) نیز خوانده می شود پدیده تردی هیدروژنی عموماً در محدوده دمایی متوسط شدت می گیرد و از این رو این پدیده اغلب در دماهای کمتر از 950 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد. ترک هیدروژنی بلافاصله پس از سرد شدن جوش و یا پس از گذشت مدت زمانی که این زمان به جنس و ریزساختار فولاد، حالت و اندازه تنش های پسماند و میزان هیدروژن موجود در جوش بستگی دارد، بوجود می آید. مثلاً در فولادهای مارتنزیتی با استحکام بالا، تشکیل این پدیده توام با تاخیر می باشد و هر چقدر میزان هیدروژن موجود کمتر باشد، زمان بروز ترک طولانی تر خواهد بود ترک هیدروژنی از نوع ترک سرد (Cold Crack) محسوب می شود که حاصل به تله افتادن اتمهای هیدروژن در محل عیوب کریستالی است. به طور کلی ترک سرد عنوانی است برای ترک هایی که پس از انجماد و سرد شدن جوش تشکیل می شوند. از طرفی چون این ترک ها معمولاً در شرایطی که جوش تحت قید و مهار (Restraint) قرار دارد بوجود می آیند، بنام ترک های مهاری و از طرفی هم چون چند ساعت و یا حتی چند روز پس از جوشکاری نیز ممکن است بوجود آیند به نام ترک های تاخیری هم خوانده می شوند. از لحاظ محل بروز ترک نیز ترک لبه جوش (Toe Crack) و ترک ریشه جوش (Root Crack) و ترک زیر گرده جوش (Under Bead Crack) به آن اطلاق می شود در بیشتر موارد با نفوذ اتم های هیدروژن از فلز جوش به سمت نواحی متاثر از حرارت جوش (HAZ) ، ترک در این نواحی به وجود می آید که ترک زیر گرده جوش مثالی از این مورد است. این نوع ترک در فولادهایی با ساختار مخلوط از فریت در زمینه مارتنزیت و یا بینیت تشکیل می شود و چنین ساختاری در بخشی از منطقه HAZ که در فاصله دورتری از خط ذوب (Fusion Line) قرار دارد، بوجود می آید و هرچه قدر سختی پذیری فولاد بیشتر باشد این فاصله بیشتر خواهد بود . اگرچه با نفوذ اتم های هیدروژن به نواحی مجاور جوش، و نیز اینکه در اغلب موارد از سیم های جوش کم کربن نسبت به فلز پایه برای جوشکاری استفاده می شود، احتمال تشکیل ترک هیدروژنی در جوش کاهش می یابد، ولی یک نوع از این ترک ها به نام چشم ماهی (Fish Eyes) نیز در فلز جوش بوجود می آید که به صورت نقاط کوچک و سفید در سطح شکست فلز جوش و عمدتاً در مجاورت ناپیوستگی های ساختاری همچون مک های گازی و آخال ها (Gas Holes & Inclusion) دیده می شود   مولکول های هیدروژن موجود در اتمسفر جوشکاری در اثر حرارت قوس الکتریکی به صورت اتمی تجزیه می شوند، و با وجود اینکه حد حلالیت اتمهای هیدروژن در فولاد مذاب خیلی کم است، ولی این اتم ها به راحتی و به سرعت جذب حوضچه جوش خواهند شد. با کاهش درجه حرارت، حد حلالیت هیدروژن در فولاد مذاب بتدریج کم می شود و در محدوده دمایی انجماد فلز جوش حد حلالیت کاهش چشمگیر و ناگهانی خواهد داشت، بطوریکه در اغلب موارد منجر به تشکیل مک های هیدروژنی (Hydrogen Blow Holes) در جوش می گردد. به این دلیل که غالباً فرصت کافی برای خروج حبابهای هیدروژن وجود ندارد و حبابها در حین انجماد فلز جوش به تله خواهند افتاد. در این مورد شواهد نشان می دهد که آخال های درون حوضچه جوش محل های مناسبی برای جوانه زنی حباب های هیدروژن می باشند پس از انجماد و طی سیکل خنک شدن جوش، اتمهای هیدروژن برای کاهش شیب غلظتی خود تمایل به نفوذ به سمت نواحی مجاور به جوش را خواهند داشت. نفوذ هیدروژن در فولاد ترجیحاً درون دانه ای بوده و سرعت و نفوذ با کاهش درجه حرارت کم می شود. در این شرایط وجود تنش های موضعی کششی (کرنش های کششی) در اطراف ناپیوستگی ها و عیوب کریستالی کمک به نفوذ اتم های هیدروژن خواهند نمود . برای مثال میدان تنشی اطراف نابجایی ها سبب می شود که اتمهای هیدروژن به این مناطق نفوذ نماید، و تجمع آن موجب می گردد که به عنوان عامل ایجاد ترد کننده ( Embritting Agent) محسوب شوند. در واقع وجود اتمهای هیدروژن منجر به کاهش استحکام شبکه کریستالی و افزایش تنش های موضعی حاصل از تجمع در محل های ذکر شده می گردد و در نتیجه استعداد به ترک خوردن افزوده خواهد شد. اگر فولاد رفتار ترد داشته باشد، در محل تجمع هیدروژن ترک بوجود خواهد آمد، ولی اگر فولاد فرم پذیری کافی داشته باشد، آنگاه جوانه زنی ترک مشروط به وجود تنش های کششی خارجی (ناشی از انقباضات انجمادی و حرارتی) خواهد بود . وقتی غلظت اتمهای هیدروژن در نوک ناپیوستگی های و ریز ترک های قبلی به حد بحرانی برسد رشد ترک را خواهیم داشت. در این رابطه عقیده بر این است که هیدروژن انرژی پیوند چسبندگی اتم های در نوک را کوتاه می کند. شکل 2 تصویر میکروسکوپی از ترک های هیدروژنی را نشان می دهد . شرایط تشکیل ریزترک ها با وجود آخال های غیرفلزی ریز که در فلز پایه ممکن است وجود داشته باشد، تشدید می شود. رسوبات و آخال های اکسیدی و نیتریدی بعنوان تله های نامنظم برای هیدروژن محسوب می شود و مورفولوژی و توزیع و محل این آخال ها (در ناحیه HAZ) بر روی پدیده تردی هیدروژنی تاثیر زیادی دارد. احتمال اینکه غلظت هیدروژن در اطراف آخال های ریز و کروی و پراکنده ( و ذرات فاز دوم) به بیش از حد بحرانی برسد کمتر است و از این رو جوانه زنی ترک هیدروژنی به تاخیر می افتد. بر عکس اگر این فازها درشت و سوزنی و خصوصاً در مرز دانه باشد، حساسیت به ترک هیدروژنی تشدید خواهد شد. برای مثال نیترید کرم (Cr2 N) در فولادهای زنگ نزن دوفازی ( دوبلکس ) و در حضور فاز فریت بیش از 60 درصد احتمال تشکیل ترک های هیدروژنی را افزایش خواهد داد. با نفوذ اتم های تازه هیدوژن به نوک ترک، رشد آن ادامه یافته و در نهایت منجر به بروز پدیده ترک هیدروژنی می شود. بنابراین تردی هیدروژنی را می توان یک پدیده کنترل شونده با نفوذ (Diffusional Controlled) و وابسته به زمان (Time Depending) دانست که از نظر رشد ترک، درون دانه ای و مرزدانه ای خواهد بود. در واقع در تنش های کم رشد ترک بین دانه ای (در مسیر مرز دانه های آستنیت قبلی) و در تنش های زیاد در مسیر درون دانه ای می باشد در هر حال مکانیزم های دیگری برای توجیه پدیده ترک خوردن به کمک هیدروژن (Hydrogen Assisted Cracking) ارائه شده است که اکثراً بر پایه مدل غیر چسبندگی ( Decohesion Model) بنا نهاده شده است. در یکی از این تئوری ها برای توجیه پدیده از معادله گریفیت استفاده شده است. بر طبق این معادله تنش شکست ترک بیضی شکل به طول 2 C برابر σc = (2E.y(s)/πC)0.5 می باشد که در آن E مدول یانگ و ys انرژی سطحی ترک است. واضح است که عاملی که منجر با کاهش ys می شود، تنش شکست ترک را کاهش می دهد و این عامل از طریق جذب اجزاء مناسب در سطح ترک مهیا می شود. بنابراین نفوذ اتم های هیدروژن و تجمع آن ها بر روی سطوح ترک های موجود در ساختار سبب کاهش انرژی شکست ترد می شود و در واقع رفتار ماده ترد خواهد شد