Сибрук, Грант и Керни исследовали процесс диффузионного удаления водорода из образцов низкоуглеродистой стали диаметром 6,3 мм и нашли, что сначала диффузия протекает с высокой скоростью, а затем скорость диффузии и десорбции уменьшается. При этом определенной зависимости между начальной скоростью и концентрацией водорода получено не было. Полного удаления не удалось достигнуть даже за 72 ч.
Мур и Смит изучали десорбцию водорода из карбонильного железа, взятого в виде холоднокатаной ленты толщиной 0,06 мм. Предварительно образцы выдерживали в чистом водороде при давлении 1,013 (1 атм) и температуре 250 С в течение 55 дней. За это время количество окклюдированного водорода почти в 200 раз превысило то количество, которое металл мог бы содержать, если исходить из данных о растворимости.
Рис. 78. Изотермы десорбции водорода из железа
После этого водород удаляли из образца в вакуумированный контейнер, причем вначале эту операцию проводили при комнатной температуре, а затем повышали температуру до определенного уровня, и выдерживали образец изотермически до тех пор, пока процесс диффузии при данной температуре почти не прекращался. Результаты опытов Мура и Симса приведены на рис. 78. Опыты подтвердили, что при каждой температуре вначале водород удаляется с высокой скоростью, но затем процесс замедляется, причем последовательное повышение температуры до 10750 С приводит к увеличению количества выделившегося водорода.
Предположение о двух возможных состояниях водорода в железе было проверено Демаресом, Хоком и Менье путем дополнительных экспериментов и расчета. Начальную стадию диффузии они изучали экспериментально при температуре 6500 С. Для расчета принимали, что в начальный момент водород распределен равномерно по всему образцу, а в процессе диффузии концентрация водорода на поверхности образца равна нулю. Они показали, что представление о двух скоростях диффузии водорода, находящегося в двух различных состояниях в железе, не соответствует действительности: диффузия водорода в низкоуглеродистой стали соответствует обычному уравнению с одним коэффициентом диффузии, который для температуры 6500 С был найден равным 5,6·10-3-16·10-3. Хилл И Джонсон нашли, чтодесорбция водорода в интервале температур 300-6500 С из образцов, насыщенных водородом при 1000-13500 С с последующей закалкой в воду, протекает непрерывно с одним коэффициентом диффузии, а для образцов, насыщавшихся при 6500С, обнаруживается два этапа выделения водорода.
Изучение диффузии и абсорбции водорода железом и мягкой сталью, подвергнутыми различным видам деформаций, позволило установить наличие связи между характером обработки и поведением водорода в металле. Большинство исследователей считает, что пластическая деформация вызывает значительное ускорение диффузии водорода в стали, особенно при высоких напряжениях.
Подробное исследование влияния характера обработки на диффузию водорода в железе было проведено Шуманом и Эрдманом. Авторы изучали влияние, оказываемое холодной деформацией и рекристаллизацией на диффузию водорода в нелегированной стали в процессе катодной поляризации в растворе серной кислоты. Было найдено, что при растяжении образцов в холодном состоянии до 15% скорость диффузии водорода не изменяется. При малых деформациях на поверхности образцов, непосредственно соприкасающейся с электролитом, образовались «пузыри», число которых уменьшалось с увеличением деформации: при 15%-ной деформации выделения пузырей не наблюдалось. Влияние холодной прокатки было исследовано в пределах степеней деформации φ = 5-90%. Выяснилось, что вначале происходит увеличение диффузии водорода и при φ = 10-20 %, наблюдается некоторый максимум, а ,затем диффузия уменьшается и при φ ≥ 60% она практически почти не происходит. Образование пузырей находится в обратной зависимости от диффузии водорода: при φ = 15% оно равно нулю, при φ = 60% оно максимально, Холодная протяжка с последующим отпуском при температурах 400-9000 С приводит к значительному увеличению скорости диффузии водорода. Отпуск при пониженных температурах существенно уменьшает диффузию. На основании этих данных авторы также считают наиболее вероятным, что водород диффундирует в железе транскристаллически, через кристаллическую решетку, и деформация вызывает в решетке энергетические изменения, влияющие на скорость диффузии.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.