Водород и мороз делают сталь хрупкой по-разному
Команда ученых из Тольяттинского университета изучила прочность и пластичность стали. Выяснилось, что разрушения под воздействием водорода и в результате низкотемпературного охрупчивания принципиально отличаются друг от друга. Исследование опубликовано в журнале Materials Science and Engineering: A.
Хрупкое разрушение металлов не сопровождается внешней деформацией, поэтому его начало трудно заметить. Водородная хрупкость металлов – одна из разновидностей хрупкого разрушения, приводящая к ухудшению механических свойств и к отказам металлических компонентов. В настоящее время механизм водородной хрупкости остается неизвестным. Согласно одной точке зрения, водород провоцирует хрупкое разрушение. Таким же образом на металл воздействуют низкие температуры. Однако есть мнение, что водород не охрупчивает, а пластифицирует материал, и на микроскопическом уровне рост трещин происходит по вязкому механизму. Ученые выдвинули предположение: если при низких температурах и водородной хрупкости механизм разрушения образцов металла одинаковый, то поверхность разрушения и путь трещин относительно микроструктуры стали в этих двух случаях должны иметь одинаковые признаки.
«Чтобы это проверить, мы взяли образцы чистого железа, сплава железо-кремний (Fe-2.5%Si) и низкоуглеродистой стали. Каждый образец растягивали в разрывной машине и одновременно насыщали водородом, под действием которого на поверхности начинали расти трещины. Затем эти же образцы быстро доламывали в жидком азоте, провоцируя истинно хрупкое разрушение. В финале эксперимента исследовали поверхности разрушения образцов с применением нашей уникальной методики количественного фрактографического анализа», – рассказывает Евгений Мерсон, старший научный сотрудник Тольяттинского университета. Исследование показало, что участки поверхности разрушения, образованные под действием водорода и в результате классического низкотемпературного охрупчивания, принципиально отличаются друг от друга.
Результаты эксперимента будут полезны в нефтегазовой, химической и атомной отраслях промышленности. Эти данные могут быть использованы при разработке физико-математических моделей для расчета долговечности стальных изделий, а также при разработке сталей, устойчивых к водородной хрупкости.