Hydrogen sprödhet
description
Transcript of Hydrogen sprödhet
1
Hydrogen sprödhet
Göran Ahlin, Candor Sweden
Björn Erik Schaug, Candor Norge
2
Vad menas med hydrogensprödhet?
Den fysikaliska process som gör vissa metaller spröda på grund att hydrogen tas upp av materialet.
Hydrogensprödhet I ett material kan förorsaka spröda brott långt innan matrialets normala brottgräns.
3
Mekanism
• Startas av att väteatomer diffunderar in i materialet
• I metallmatrisen (korngränserna) finns små inneslutningar (voids) där väteatomerna kan lagras.
• Vid en viss atomkoncentration bilds vätgasmolekyler, varvid trycket i inneslutningen ökar
• Trycket kan öka till nivåer där duktilitet och utmattningshållfasthet kraftigt reduceras.
4
Hydrogen Embrittlement in carbon steel,
zinc plated part
5
Vilka material är känsliga?
• Stål med brottgräns >1000 MPa eller hårdhet >30HRC (ca 300HV)
• Titanlegeringar
• Hårda aluminiumlegeringar
6
Riskprocesser
• Ytbehandlingsprocesser där vätgas bildas– Elförzinkning– Förnickling– Betning– Fosfatering
• Svetsning
• Korrosion
• Katodiskt skydd
7
Risk för hydrogensprödhet för olika förzinkningsprocesser och förbehandlingar
– Surzink minst risk, cyanzink störst– Kraftig betning - stor risk– Anodavfettning – låg risk– Katodavfettning – hög risk
8
Risk för brott för olika nickelprocesser
9
Utmattningshållfasthet för olika stål
Fler faktorer än hydrogensprödhet påverkar ett ståls hållfasthetsegenskaper:
• Ytstruktur- Ra värde
• Materialtjocklek• Bearbetningsmetoder• Arbetstemperatur• Användningsmiljön
10
Ytbeskaffenhetens inverkan på utmattningshållfastheten hos
Aluminiumlegeringar
ProcessTyp av restspänning
Betydelse Orsak till restspänningar
Gjutning• alla
processer Tryck och drag Stor Stelning, svalning
Varmbearbetning
• smidning • valsning • extruderin
Tryck och drag Relativt liten Svalning
Kallbearbetning• valsning • pressning • riktning
Tryck och drag Mycket stor Elastisk-plastisk deformation
Skärande bearbetning
• fräsning • svarvning • slipning
Drag nära ytan Kan vara betydande, Elastisk-plastisk deformation,
termisk påverkan
11
Andra typer av materialfel förorsakade av ytbehandlingsprocessen - exempel
• Fördröjd blåsbildning i skiktet- kan bero på gasinneslutningar i ytbehandlingsskiktet
• Blåsbildning i lackskikt – kan bero på fukt i passiveringsskikt
• Zinksläpp i högströmområden – kan bero på för höga strömtätheter
• Spröda metallskikt – kan bero på föroreningar I baden
12
Värmebehandling
Före metallbeläggningStål med brottgräns >1000 kp/mm2 som slipats eller maskinbearbetats bör avspänningsbehandlas i 30-60 min 170-210 OC
13
Tiden för värmebehandling anpassas efter godstjocklekoch stålets brottgräns
Stålets brottgräns MPa
Detaljens godstjocklek mm
Värmebehandling vid 190-210oC timmar
1000-1150 <12 Min 2
12-25 Min 4
>25 Min 8
1150-1400 <12 Min 4
12-25 Min 12
25-40 Min 24
>40 utprovas
Värmebehandling efter metallbeläggning
14
Att tänka på
• Ta alltid in materialspecifikationer från kund/konstruktion
• Undvik hydrogenbildande operationer för kritiska material
• Värmebehandla både före och efter om hårda material varmbearbetas
• Ytbehandla på så släta ytor som möjliga på kritisika material