Влияние водорода на структуру и свойства высокоуглеродистых сталей и гальваноцинковых покрытий

• Автор: Караванова, Анастасия Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1Л Понятие "водородная хрупкость"
Е2 Факторы, влияющие на процесс наводороживания и водородную

хрупкость
1.3 Механизмы и модели водородного охрупчивания
1.4 Диагностирование водородной хрупкости
1.5 Борьба с водородной хрупкостью
1.6 Применение свойств водорода в промышленности
1.7 Заключение
ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Образцы для исследований
2.2 Оборудование и методы проведения испытаний и исследований
ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ВЫХОДА ВОДОРОДА И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В МЕТАЛЛЕ ОСНОВЫ И В ПОКРЫТИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИ ОЦИНКОВАННЫХ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
3.1 Особенности процесса выхода водорода из гальванически оцинкованных образцов
3.2 Зависимость количества водорода в образце от толщины основного

металла
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА
ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ
4.1 Морфологический анализ цинкового покрытия
4.2 Исследование механизма формирования слоистого покрытия
4.3 Влияние наводороживания на пластичность поверхностного слоя гальваноцинкового покрытия
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ГАЛЬВАНИЧЕСКИ ОЦИНКОВАННОЙ СТАЛИ

5.1 Эффект обратимости разложения цементита стали 70 при ее наводороживании
5.2 Влияние водорода на механические свойства образцов
5.3 Влияние водорода на параметры акустической эмиссии
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ВОДОРОДА НА ХАРАКТЕР ИЗЛОМА ОБРАЗЦОВ СТАЛИ 70 В РАЗЛИЧНОМ
СОСТОЯНИИ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Наводороживание стали приводит к появлению так называемой водородной хрупкости, выражающейся в аномальном снижении пластичности при уменьшении скорости деформирования, что приводит к поломкам изделий в эксплуатации. Наиболее сильно наводороживание стальных изделий проявляется при электрохимических процессах, например при цинковании. Несмотря на обширную литературу, в этой области остается ряд нерешенных научных и практических задач.
Как следует из обзора литературы, до проведения исследований, выполненных в рамках настоящей работы, оставались вопросы о характере распределения водорода в покрытии и металле основы после цинкования, о механизмах и кинетике процесса обезводороживания оцинкованных изделий. Было неясно, насколько зависит проявление водородной хрупкости от толщины изделий при одинаковых условиях наводороживания и обезводороживания, как проходит процесс обезводороживания при выходе водорода через покрытие и сколько водорода содержится собственно в покрытии и в оцинкованной стали. Не были достаточно понятны особенности изменения структуры материала основы при наводороживании. Отсутствовали непротиворечивые данные о влиянии водорода на структуру цинковых покрытий.
Большим количеством нерешенных вопросов объясняются нередкие поломки в эксплуатации оцинкованных стальных изделий (особенно пружинных), а также коррозия оцинкованных изделий из-за нарушений сплошности покрытия, возникающих при обезводороживании.
Для исследований была выбрана закаленная конструкционная рессорнопружинная сталь 70 с гальваническим цинковым покрытием с блескообразующими добавками по следующим причинам. Во-первых, гетерогенная структура стали при наводороживании способствует созданию градиентов внутренних напряжений и концентраций водорода, что усиливает

где механизм формоизменения связан с микроразрушениями материала - его деструкцией. Точка деструкции наглядно иллюстрирует динамику изменения свойств материала: снижение его пластичности после наводороживания. Чем ниже значение точки деструкции, тем выше охрупчивание материала, которое выражается в меньшей пластической деформации.
При разрушении изделий вследствие водородной хрупкости, характерной особенностью излома является увеличение хрупкой составляющей. В работе [69] проведен анализ зависимости фронтов развития трещин (образования "полосчатости" излома) от материала, характера разрушения (усталостное, коррозионно-усталостное, водородная хрупкость, растрескивание под действием напряжений и жидкометаллическое охрупчивание) и окружающей среды, показано различие хрупких и вязких трещин, описаны процессы их формирования. Таким образом, по характеру фронта развития трещины можно достаточно уверенно судить о причине разрушения изделия, в том числе из-за водородной хрупкости.
Изменения характера трещинообразования в зависимости от скорости циклического нагружения исследовались авторами [70, 71] на образцах горячекатаной низко легированной стали А8ТМ А533В в агрессивной жидкой среде при температуре 288 °С и давлении 8 МПа. При больших скоростях циклического нагружения преобладали извилистые трещины, расположенные под наклоном к оси нагружения, на поверхности разрушения наблюдалась типичная веерная или квази-расщепленная модель трещинообразования. С уменьшением скорости деформирования, трещины стремились распрямиться перпендикулярно оси нагружения, поверхность излома становилась плоской. Таким образом, типичная для водородного охрупчивания картина наблюдалась при высокой скорости циклических испытаний, что объясняется совокупным действием нескольких процессов. При высокой скорости циклического нагружения жидкая коррозионная среда как насосом закачивается к вершине усталостной трещины, способствуя образованию оксидных пленок, однако при высокой скорости нагружения