Водород в железе и других металлах, страница 18

Влияние водорода становится заметным при механических испытаниях, например при испытаниях на разрыв и, прежде всего, в начальный момент пластической деформации. В упругой области влияние водорода не сказывается; величина модуля упругости остается неизменной. Критическое напряжение сдвига при комнатной температуре также не меняется; предел текучести практически не повышается, тогда как при старении он возрастает. Следует скорее принять за основу явления совместное действие диффузии водорода и движения дислокаций. Так как водород образует твердый раствор внедрения, атомы его, подобно атомам углерода, располагаются в кубической объемно-центрированной решетке преимущественно в местах ее нарушения, особенно в дислокациях. Пластическая деформация при комнатной температуре приводит к настолько высокой скорости диффузии водорода, что он следует за дислокациями и собирается в местах их скопления, встречая на своем пути препятствия. В таких местах скопления дислокаций, особенно если там из-за высоких напряжений возникнут надрывы материала, водород может очень быстро выделяться в молекулярном состоянии с существенным повышением давления. Поскольку, однако, в таком состоянии водород не может обратно входить в решетку, давление его в трещинах достигает очень большой величины. Этот сжатый молекулярный водород находится, таким образом, в равновесии с пересыщенным раствором атомарного водорода в решетке железа. Таким путем водород облегчает в этих участках развитие разрыва металла при достижении высокого напряжения, причем сколько-нибудь заметная шейка не успевает еще образоваться. В соответствии с этим с повышением содержания водорода относительное сужение уменьшается, (рис. 22).

Эти гипотезы позволяют, объяснить зависимость охрупчивания от температуры и скорости деформации. Если скорость деформирования настолько велика, что атомы водорода не могут больше следовать за распространением дислокаций, то охрупчивание не проявляется или проявляется очень слабо. При испытаниях, например, на ударный разрыв охрупчивание вообще едва заметно.

В наводороженных образцах при низких температурах (-150°С) вследствие недостаточной подвижности водорода наблюдается резко выраженный предел текучести, который с повышением температуры исчезает, поскольку подвижность водорода становится достаточной для того, чтобы следовать за деформированием.

Хрупкость, обусловленная водородом, проявляется тем резче, чем выше прочность (твердость) материала. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что в более прочном материале упругие искажения в начальной фазе пластической деформации больше, чем в более мягком. Но даже при одинаковой прочности чрезвычайно большое влияние на водородную хрупкость оказывает структура материала (табл. 7). Наибольшее охрупчивание наблюдается в закаленной стали с чисто мартенситной структурой высокой твердости. Это вполне соответствует тому, что в таком состоянии становится особенно заметной добавочная, т. е. обусловленная водородом хрупкость.

Таблица 7. Влияние структуры на склонность к водородной хрупкости хромомолибденовой стали с 0,27% С; 0,49% Мn; 0,23% Si; 3,15% Сr и 0,41% Мо

Сильная склонность к охрупчиванию сохраняется даже после отпуска при 550°С. Далее, сталь, отожженная на зернистый перлит, оказывается более восприимчивой к водородному охрупчиванию, чем сталь, обладающая структурой пластинчатого перлита. Вообще же склонность сталей к хрупкому излому особенно высока тогда, когда по структуре они соответствуют расширенной, по возможности непрерывной ферритной области.