수소 취성은 심각한 문제이며, 재료 구조의 변화를 일으키고 기계적 특성을 급격히 감소시킬 수 있습니다. 수십 년간의 심층적 인 연구에도 불구하고 여전히 수소 취성에 대한 많은 불확실성이 있습니다.
수소 취화에 가장 취약한 재료에는 고강도 강철, 티타늄 합금 및 알루미늄 합금이 포함됩니다. 금속 및 합금으로 수소가 유입되는 것은 수소 취성의 형성에 중요한 요소이다. 이 과정 자체는 매우 복잡하며 수소 진입 속도 또한 많은 변수에 따라 다릅니다. 부식 외에도 수소 공급원에는 제강 공정, 부적절한 윤활유 분해, 열처리 환경, 용접 공정 및 습한 환경에서의 기계 가공이 포함됩니다. 또한, 대부분의 취성 위험은 전기화학적 표면 처리 공정 중에 발생하는 것으로 보인다.
1. 제련, 단조, 용접, 전기 도금 또는 산세 과정에서 금속 재료에 의한 수소 가스의 과도한 흡수로 인한 내부 수소 취화;
2. 환경 수소 취화, 스트레스와 수소 대기 또는 기타 수소 함유 매체의 결합 된 작용으로 생성되는 취성 골절.
수소 취성의 전형적인 예는 탄소강 및 합금강과 같은 재료에서 발생한다. 패스너의 강도 또는 경도는 핵심 매개 변수입니다.
1000MPa 보다 높은 인장 강도, 320HV 보다 높은 코어 경도 및 450HV 의 최소 표면 경도를 가진 볼트, 나사 및 스터드; 40HRC 보다 큰 경도를 갖는 셀프 태핑 나사와 같은 고강도 패스너; 및 40HRC 보다 큰 경도를 갖는 탄성 와셔는 수소가 취해질 위험이 있다.
패스너에서의 수소 취화는 지연된 취성 파괴 과정이다. 골절은 설치 후 발생하며 인장 응력 하에서 패스너에서만 발생합니다 (예: 잔류 인장 응력이 있고 설치 없이도 파손될 수있는 일부 냉간 성형 특수 스프링 구성 요소와 같은 예외가 거의 없음). 패스너가 높은 부하력 하에서 수소 취성 파괴를 경험할 가능성이 더 높기 때문에 패스너의 인장 응력 수준은 결정적인 파라미터이다. 그러나, 체결구는 인장 강도가 적용된 하중보다 낮은 경우에도 파손될 수 있다. 이 고장은 패스너가 조립 된 후 어느 시점에 발생합니다. 일반적으로 골절은 패스너 설치 후 몇 시간 또는 며칠 후에 발생합니다. 수소 취성은 조립 후 몇 초 또는 몇 달 내에 거의 발생하지 않으며, 발생하면 경고 나 명백한 징후없이 갑자기 발생합니다. 작동 중 구성 요소의 고장은 일반적으로 높은 비용이 발생합니다.
수소 취성 파괴 표면은 비 연성 파괴를 나타낸다. 숙련 된 재료 엔지니어는 일반적으로 검사를 위해 주사 전자 현미경을 사용하며 부서지기 쉬운 골절 모양은 다른 과립 간 골절의 원인으로 인한 것과 매우 유사합니다.
▲ 그림 1: 볼트에 과립간 파손을 일으키는 수소 취성
1. 수소가 패스너에 침투합니다.
2. 패스너의 수소는 높은 인장 응력 영역으로 확산됩니다.
3. 수소는 곡물 경계, 내포물, 골절 및 기타 결함에 분리됩니다.
4. 임계 수소 농도에 도달합니다.
5. 균열이 지점 2 에서 지점 5 로 전파되어 패스너가 더 이상 적용된 하중력을 견딜 수 없으며 결국 골절됩니다.
▲ 그림 2: 체결구에 스며드는 유도 수소 균열
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