Научная статья на тему 'ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СТАЛЕЙ К ВОДОРОДНОЙ ДЕГРАДАЦИИ'

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СТАЛЕЙ К ВОДОРОДНОЙ ДЕГРАДАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
41
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ткачев В.И., Иваськевич Л.М., Витвицкий В.И.

Principal conditions of inclination of Cr, Ni-stainless steels to hydrogen degradation of mechanical properties are examination. It was determined the vacuuming is necessary to prepare working camera to experiment. The low cycle fatigue and plasticity are best sensitive characters of metals to hydrogen embrittlement. The concrete meanings of deformation's speed and hydrogen pressure to maximum decrease mechanical properties are determined.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Peculiarities in measuring of steel response to hydrogen degradation

Principal conditions of inclination of Cr, Ni-stainless steels to hydrogen degradation of mechanical properties are examination. It was determined the vacuuming is necessary to prepare working camera to experiment. The low cycle fatigue and plasticity are best sensitive characters of metals to hydrogen embrittlement. The concrete meanings of deformation's speed and hydrogen pressure to maximum decrease mechanical properties are determined.

Текст научной работы на тему «ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СТАЛЕЙ К ВОДОРОДНОЙ ДЕГРАДАЦИИ»

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СТАЛЕЙ

К ВОДОРОДНОЙ ДЕГРАДАЦИИ удк 620.197.5669.788

В. И. Ткачев, Л. М. Ивасъкевич, В. И. Витвицкий

Физико-механический институт им. Г. В. Карпенка HAH Украины г. Львов, 79053, Украина Факс: 38 0322 634227; e-mail: tkachov@ipm.lviv.ua

Principal conditions of inclination of Or, Ni-stainless steels to hydrogen degradation of mechanical £ properties are examination. It was determined the vacuuming is necessary to prepare working camera to .1 experiment. The low cycle fatigue and plasticity are best sensitive characters of metals to hydrogen ^

c

embrittlement. The concrete meanings of deformation's speed and hydrogen pressure to maximum S decrease mechanical properties are determined. ®

В последние годы большое внимание уделяют взаимодействию водорода с конструкционными материалами. Это связано, с одной стороны, с реализацией конкретных проектов и программ альтернативной энергетики, а с другой — с попыткой создать научные основы устранения факторов, которые приводят к водородной деградации металлов. Несмотря на большое количество теоретических обобщений, в данном направлении самым надежным средством определения склонности конструкционных материалов к водородной деградации является экспериментальная оценка свойств в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. В первую очередь необходимо обосновать и сформировать систематизированный подход к методикам исследований, поскольку правильный их выбор имеет решающее значение для адекватной оценки работоспособности материалов в водороде. Степень водородной деградации зависит от формы и размеров образца, вида и скорости нагрузки, давления, температуры и загрязнения водородной атмосферы. Неиндентич-ность одного или нескольких из этих параметров, а также недостаточное внимание к металлургической и технологической предыстории материала могут дать разные, временами противоречивые, результаты [1—6]. Однако, несмотря на многолетние исследования, до сих пор не сформулированы единые методические требования к экспериментам в водородной среде, даже для таких широко используемых испытаний, как кратковременное растяжение и малоцикловая усталость [3, 7]. Это осложняет сравнение водородостойкости разных конструкционных материалов и разработку путей ее повышения.

Цель нашей работы — определить условия адекватной оценки склонности сталей и сплавов к водородной деградации по результатам механических испытаний, а именно:

- определить требования к подготовке газовой среды и к скорости деформации во время испытаний в широком диапазоне давлений водорода;

- сравнить результаты испытаний при разных видах нагружения.

Материалы и методика исследований

Для иллюстрации установленных закономерностей отобраны семь материалов. Детали из этих материалов работают в водородной среде в изделиях аэрокосмической промышленности и энергетического машиностроения [7, 8]. Химический состав, режимы термических обработок и исходные свойства материалов приведены в табл. 1 и 2. По исходному структурному состоянию их можно разделить так:

- малоуглеродная мартенситная сталь ваку-умно-дугового переплава 03Х12Н10МТ с содержанием остаточного аустенита после оптимальной термической обработки около 10%;

- нестабильная аустенитная сталь 12Х18Н10Т, деформация которой сопровождается мартенсит-ным у-а-превращением;

- дисперсионнотвердеющие сплавы Х23МТР, ХН43МБТЮ, ХН55МБЮ, ХН70МБЮ с различным соотношением содержания железа и никеля, которые упрочняются, в основном, интерметалид-ной у'-фазой типа (№, Ее, 0г)3 или (А1, И, №);

- порошковый сплав ХН60К16МБЮ, полученный горячим изостатическим прессованием [10, 11].

Образцы статически растягивали в газообразном водороде в специальной камере [8] под давлением 0-60 МПа со скоростью перемещения 10-2-102 мм/мин, что для используемых пятикратно нагруженных образцов диаметром 5 мм составляет 7 • 10-6...7 • 10-2 с-1. Малоцикловую долговечность при жестком нагружении чистым отнулевым изгибом определяли на установке [8] при давлении 0-35 МПа, амплитуде деформации 0,8-1,6 % с частотой 0,05 и 0,5 Гц при комнатной температуре на шлифованых плоских образцах с рабочей частью 3x6x20 мм. Сравнительные эксперименты проводили на воздухе или в гелии под давлением 10 МПа. Определяли пре-

Статья поступила в редакцию 16.09.2005. The article has entered in publishing office 16.09.2005.

Таблица 1

Химический состав сталей и сплавов

Материал С Cr Ni Fe Мо W Nb Al Ti Mn Si Другие

12Х18Н10Т 0,10 17,6 10,4 Осн. — — — — 0,5 0,22 0,76 Cu — 0,24

ЕП-810ВД 0,03 11,8 9,46 Осн. 0,6 — — 0,11 0,22 0,04 0,9 Zr — 0,06

ХН23МТР 0,05 11,35 23,17 Осн. 1,48 — — 0,62 2,98 0,33 0,37 B — 0,015

ХН43МБТЮ 0,05 14,5 44 Осн. 1,75 0,01 2,66 0,51 1,67 0,1 0,18 V — 0,31

ХН55МБЮ 0,04 13,4 Осн. 12,04 8,87 — 1,9 1,49 — 0,18 0,23 —

ХН70МБЮ 0,026 17,8 Осн. 15,3 5,55 — 1,08 1,76 0,5 0,1 0,16 V — 0,56

ХН60К16МБЮ 0,03 9,0 Осн. — 2,6 6,7 1,52 4,87 1,4 — — Co — 16,4

а

Таблица 2

Режимы термической обработки и исходные механические свойства сталей и сплавов

Термическая обработка Механические свойства (на воздухе)

Режим Л', число циклов до разрушения (е = 1,6 %)

Режим закалки старения а6, МПа Сто, 2, МПа 8, % V, %

12Х18Н10Т 1373 К, 1ч — 690 310 64 79 1950

ЕП-810ВД ТО-1. 1273 К, 1 ч 1023 К, 2ч 773 К, 2 ч 1100 1030 20 75 1900

ТО-2. 1373 К, 15 мин 1023 К, 2ч 773 К, 2 ч 1000 950 17 77 2200

ХН23МТР 1373 К, 1ч 1000 К, 1ч 923 К, 5 ч 1200 880 29 47 3000

ХН43МБТЮ ТО-1. 1473 К, 1 ч — 820 500 38 39 2970

ТО-2. 1300 К, 1 ч 1023 К, 10ч 923 К, 10 ч 1180 770 21 24 2560

ХН55МБЮ ТО-1. 1500 К, 1 ч — 740 340 41 31 —

ТО-2. 1323 К, 1 ч 1000 К, 15ч 923 К, 10 ч 1080 550 35 38 3200

ХН70МБЮ 1253 К, 1ч 923 К, 30 ч 1410 840 34 48 3200

ХН60К16МБЮ 1473 К, 8ч 1400 К,4 ч 1143 К, 8ч 1023 К, 16ч 1390 960 26 28 3000

дел кратковременной прочности ст6, относительное удлинение 8 и поперечное сужение у, а также число циклов до разрушения N при малоцикловой усталости (МЦУ).

Чувствительность материалов к водороду характеризовали коэффициентом Р — отношением значений соответствующей характеристики в водороде, и их значений в гелии или воздухе (например, коэффициент влияния водорода на относительное удлинение Р8 = 8н/8).

Влияние способа подготовки газовой водородной среды

Использовали дополнительно очищенный и осушенный водород марки «А» с содержанием кислорода не более 10-4 % . Учитывая сильное ингибирующее влияние кислорода, водяного пара и некоторых других газов на водородную деградацию, значительное внимание уделяли устранению из рабочей камеры воздуха после установки образца, что осуществляли двумя способами.

Первый заключался в «промывке» камеры водородом, т. е. двух-, трехкратном заполнении водородом до давления 6 МПа, второй — в ваку-умировании до 1,33 Па, заполнении камеры во-

дородом до давления 6 МПа и повторном вакуу-мировании.

Малоцикловая долговечность стали ХН55МБЮ в диапазоне давлений водорода 0,1-10 МПа после предварительного вакуумирования на 30-50 % меньше, чем после промывания камеры (рис. 1). Сближение кривых 1 и 2 с ростом давления коррелирует с уменьшением концентрации кисло-

P, МПа

Рис. 1. Зависимость коэффициента влияния водорода (р) на малоцикловую долговечность сплава ХН55МБЮ от давления водорода (Р) после трехкратной промывки камеры (1) и после вакуумирования (2, 3). Амплитуда деформации 1,6%, частота 0,5 Гц (1, 2) и 0,05 Гц (3)

рода в газе. Аналогичные зависимости получены по результатам испытаний на кратковременное растяжение стали 12Х18Н10Т, а прочность и пластичность стали 03Х12Н10МТ и сплава ХН43МБТЮ без предварительного вакуумирова-ния почти не изменяются в водороде, даже при давлении 35 МПа и скорости растяжения 0,01 мм/ мин. Очевидно, в результате вакуумирования поверхностно-активные центры металла очищаются от адсорбированного кислорода, что способствует хемосорбции водорода и усиливает его влияние. Несмотря на то, что вакуумирование требует сложного оборудования и удлиняет время испытания, оно является необходимым условием корректной оценки механических свойств материалов в газообразном водороде. Поэтому все результаты этой работы получены после вакуумирования рабочей камеры перед заполнением водородом.

Влияние давления водорода и скорости деформирования на малоцикловую усталость

Почти для всех материалов и методик исследований влияние водорода усиливается пропорционально квадратному корню от давления [2-5, 12]. Недостаточно изучен диапазон давлений такой зависимости. Во время кратковременного статического растяжения свойства углеродистых сталей ухудшаются лишь в интервале 0-10 МПа. Охрупчивание образцов из сплава Ин-конель-718 только начинается при давлении 10 МПа и усиливается вплоть до 70 МПа [3]. Влияние водорода на характеристики пластичности всех исследованных материалов растет с увеличением давления [3, 13].

При малоцикловой усталости зависимость количества циклов до разрушения от давления водорода состоит из двух участков (рис. 2): на первом — при небольших давлениях, долговечность резко падает, на втором — негативное действие водорода стабилизируется, т. е. существует давление, при котором достигается предел изменения водородом малоцикловых свойств (деградации) материала. С уменьшением на порядок частоты малоцикловой нагрузки долговечность падает только при малых давлениях, а при больших выносливость не зависит от частоты. С уменьшением частоты нагрузки частот-

N, цикл

2500 2000 1500 1000 500

P, МПа

Рис. 2. Влияние давления водорода на малоцикловую долговечность N сталей: 1 — ХН43МБТЮ (ТО-2); 2, 3 — 12Х18Н10Т; 4 — 03Х12Н10МТ(Т0-2). Амплитуда деформации 1,6%, частота 0,5 Гц (1, 2, 4) и 0,05 Гц (3)

но-нечувствительный участок распространяется на область малых давлений.

Отдельную группу составляют железони-келевые стали и сплавы типа Х23МТР или ХН43МБТЮ, максимальное охрупчивание которых не достигается в диапазоне исследованных давлений водорода до 35 МПа (рис.2, кривая 1).

Полученные данные свидетельствуют о возможности определения предела изменения малоцикловых свойств либо при высоких давлениях водорода с регламентированной частотой, либо при малых давлениях, но с низкой частотой цикла. Последний подход более перспективен экономически, поскольку удешевляет испытания, связанные с большими материальными расходами на создание и эксплуатацию сложного оборудования и выполнением жестких требований безопасности к обустройству лаборатории.

Влияние давления водорода на пластичность стали

Степень водородной деградации при статическом растяжении оценивали коэффициентом влияния водорода на относительное сужение (Р ) как самое чувствительное к действию водорода ^2, 3].

По сравнению с малоцикловой усталостью испытания на растяжение наблюдаются такие особенности:

- хромоникелевые сплавы с содержанием никеля около 50 %— ХН43МБТЮ и ХН55МБЮ (а также сплав Инконель-718 [3], нестабильные аустенитные хромомарганцевоникелевые стали типа 06Х18Н5Г9АБ [9]) чувствуют влияние водорода (рис. 3, кривые 2, 3) только при относительно высоких давлениях;

- в отличие от малоцикловой усталости, когда уже при 10 МПа достигается предельно низкая долговечность почти всех материалов, при кратковременном растяжении максимально деградируют лишь образцы мартенситной стали 03Х12Н10МТ, нестабильной аустенитной стали 12Х18Н10Т (кривая 4) и высоконикелевого жаропрочного сплава ХН70МБЮ (кривая 6). Пластичность других материалов не достигает предела и может дальше снижаться с ростом давления, поэтому механические свойства, определенные растяжением под давлением 35 МПа,

Р,

0,9

P, МПа

Рис. 3. Зависимость коэффициента влияния водорода на относительное сужение (р^) сталей и сплавов от давления водорода при скорости деформирования 0,1 мм/мин: 1 — Х23МТР; 2 — ХН43МБТЮ; 3 — ХН55МБЮ (ТО-1); 4 — 12Х18Н10Т; 5 — ХН55МБЮ (ТО-2); 6 — ХН70МБЮ

не всегда отражают предельные потери работоспособности в водороде.

Для более корректной оценки чувствительности к водороду необходимы исследования при высоких давлениях, а для имитации длительной эксплуатации деталей в водороде необходимо предварительное наводороживание образцов. По первому направлению испытания проводили на стали Х23МТР и на сплавах ХН43МБТЮ и ХН60К16МБЮ. В результате увеличения давления от 35 до 60 МПа водородная деградация сплава ХН43МБТЮ усиливается (Ру уменьшается с 0,79 до 0,69 — кривая 2 рис. 3), а свойства сплава ХН60К16МБЮ не изменяются (рис. 4, а), т. е. прочность и пластичность этого сплава при растяжении со скоростью 0,67 • 10-5 с-1 достигает минимума под давлением водорода 35 МПа. Такое же предельное охрупчивание сплава ХН60К16МБЮ достигают и при давлении 10 МПа, однако для этого нужно на порядок уменьшить скорость деформации образцов, что продлевает время эксперимента до 13-14 ч (рис. 4, б).

ß

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

Таблица 3

Коэффициент влияния водорода на малоцикловую усталость (Р^) и относительное

сужение (Ру) сталей в исходном и предварительно наводороженном состояниях

Состояние образца ХН23МТР ХН43МБТЮ ТО-2 ХН55МБЮ ТО-2

ßN ßv ßN ßv ßN ßv

Исходный 0,69 1,0 0,72 0,73 0,12 0,21

Предварительно наводо-роженный 0,34 0,55 0,24 0,41 0,12 0,15

0 10 20 30 40 P, МПа 0,001 0,01 0,1 1,0 v, мм/мин

Рис. 4. Зависимость коэффициента влияния водорода на механические свойства от давления водорода (а) и скорости деформации (б) сплава ХН60МБЮ: 1 — аь; 2 — 8; 3 — у; 1', 2', 3' — скорость дформации 0,1 мм/мин; 1", 2'', 3'' — 0,01 мм/мин

Для определения влияния растворенного водорода на свойства стали Х23МТР, а также сплавов ХН43МБТЮ и ХН55МБЮ, образцы предварительно наводороживали в рабочих камерах при 623 К и давлении водорода 35 МПа на протяжении 5 ч. С учетом коэффициента диффузии водорода в этих материалах [8, 16] такое время является достаточным для сквозного насыщения образцов до концентрации 60 моль/м3 (сталь Х23МТР) и 65 моль/м3 (сплавы ХН43МБТЮ и ХН55МБЮ). После наводороживания образцы охлаждали до комнатной температуры, давление опять доводили до 35 МПа и определяли механические свойства. Растворенный водород вызывает значительное дополнительное снижение долговечности и пластичности стали Х23МТР и сплава ХН43МБТЮ и слабо влияет на степень охрупчивания сплава ХН55МБЮ (табл. 3).

Таким образом, для оценки роботоспособ-ности аустенитно-мартенситных сталей и высоконикелевых сплавов достаточно испытаний в газообразном водороде, тогда как стабильные

аустенитные хромоникелевые и хромомарганце-вые стали и сплавы с содержанием никеля до 50 % нужно предварительно наводороживать. Вызывает интерес зависимость максимальной деградации от содержания водорода. Деградация стали Х23МТР усиливается с ростом концентрации водорода до 40-45 моль/м3, последующее ее увеличение не вызывает дополнительного уменьшения пластичности образцов [16]. Для исследованных материалов достаточным является содержание водорода 50 моль/м3 [9, 15].

Влияние скоростных параметров на механические свойства в водороде

Ход скоростных зависимостей водородной деградации определяется кинетикой проникновения водорода в материал и изменениями механизмов деформации. С уменьшением скорости растяжения влияние водорода сначала усиливается, а затем стабилизируется (рис. 4, б). При постоянном давлении водорода скоростной интервал и степень максимального охрупчивания определяются химическим составом и структурным состоянием материала. Это видно на кривых скоростных зависимостей коэффициента Ру сталей 03Х12Н10МТ и 12Х18Н10Т (рис. 5). При достаточно близком химическом составе первая сталь в исходном состоянии имеет аустенитно-мартенситную структуру, а вторая — аустенит-ную. В результате скорость максимального ох-рупчивания стали 12Х18Н10Т на порядок ниже,

1,2

0,001

Рис. 5. Зависимость коэффициента влияния водорода на относительное сужение (р ) от скорости деформации образцов из сталей: 1 — Х18Н10Т; 2 — 03Х12Н10МТ (ТО-1); 3 — 03Х12Н10МТ (ТО-2) при давлении водорода 35 МПа (1, 2, 3) и 10 МПа (2 ', 3 ').

чем 03Х12Н10МТ (кривые 1, 2). Имитация режима пайки (нагрев до 1200 К) аустенитно-мар-тенситной стали изменяет структуру и еще больше расширяет скоростной интервал и усиливает влияние водорода (кривая 3).

Особенностью водородной деградации высоконикелевых сплавов является снижение водородом предела прочности (см. рис. 4), которое, увеличивается с ростом прочности материала [8, 11]. Падение аь для образцов из сплавов ХН60К16МБЮ и ХН70МБЮ значительно и составляет 24 и 38 %, соответственно.

Максимальное охрупчивание материалов в водороде под давлением 35 МПа достигается при скорости 0,1 мм/мин (0,67 • 10-4с-1), которая на три порядка ниже, чем регламентированная скорость определения прочности сталей с ОЦК-структурой (10 мм/мин) [4]. Такое соотношение скоростей коррелирует с соотношением коэффициентов диффузии водорода в сплавах с ГЦК- и ОЦК-решетками [2-5], что свидетельствует о проникновении водорода в металл во время статического растяжения.

При малоцикловой нагрузке кинетика взаимодействия водорода с металлом контролируется частотой и амплитудой деформации. Влияние частоты описано выше, а данные об амплитуде неоднозначны [17]. В зависимости от структуры с ростом амплитуды деформации влияние водорода может как усиливаться, так и ослабевать (рис. 6). Чувствительность к водороду высокопрочных и малопластичных материалов растет с увеличением амплитуды. Это характерно для низкоотпущеной стали 50ХН (сорбит) [17] и мартенситно-аусте-нитной стали 03Х12Н10МТ (кривая 3). Сталь 50ХН (троостит отпуска) [17] и большинство хро-моникелевых сплавов со снижением амплитуды охрупчиваются сильнее (кривые 1, 2). Например, для состаренных образцов из сплава ХН43МБТЮ (кривая 2) уменьшение амплитуды деформации до 0,8 % вызывает такое же падение долговечности, как и предварительное высокотемпературное наводороживание (см. табл. 3). Прочный и пластичный сплав ХН70МБЮ охрупчивается во всем исследованном интервале амплитуд (кривая 4).

ßN 1,0

Сравнение чувствительности к действию газообразного водорода разных методик исследования

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Испытание на кратковременное растяжение и малоцикловую усталость — эффективные методы оценки водородной деградации конструктивных материалов. Они позволяют относительно быстро и полно проанализировать влияние химического состава, структуры, защитных покрытий, поверхностной обработки и т. д. [8] на свойства сталей и сплавов в водородной атмосфере. Однако для более полной имитации специфических рабочих условий ответственных деталей конструкций применяли и другие методики исследования водородостойкости материалов: дву-осное растяжение мембран давлением водорода, многоцикловая усталость, термоцирование предварительно нагруженных образцов, длительная прочность и ползучесть [8].

Для всех материалов [3, 6-8, 13] самой чувствительной к водородному охрупчиванию оказывается малоцикловая долговечность (рис. 7). Исключением является сплав ХН43МБТЮ (рис. 7, б), однако после предварительного на-

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

1 2 3 4 5 6 7

Ш

0,8 1,0 1,2 1,4 е, %

Рис. 6. Зависимость коэффициента влияния водорода на малоцикловую усталость (р№) от амплитуды деформации (0,5 Гц) образцов из сталей: 1 — ХН43МБТЮ (ТО-1); 2 — (ТО-2); 3 — 03Х12Н10МТ (ТО-2); 4 — ХН70МБЮ при давлении 35 МПа

1 2 3 4 5 6 7

в

Рис. 7. Коэффициент влияния водорода р для сталей, определяемый по разным показателям: а — 03Х12Н10МТ (ТО-2); б — ХН43МБТЮ (ТО-2); в — ХН55МБЮ (ТО-2); 1 — малоцикловая усталость; 2 — относительное сужение образцов с концентратором; 3 — относительное сужение гладких образцов; 4 — разрушающее напряжение при двухосном растяжении; 5 — относительное удлинение гладких образцов; 6 — прочность образцов с концентратором; 7 — относительное сужение после термоциклирования

ß

1

2

3

5

6

7

ß

водороживания или уменьшения амплитуды деформации коэффициент Р^ падает до 0,24...0,25 (см. табл. 3, рис. 6). Значительно влияние водорода на относительное сужение гладких и, особенно, надрезанных образцов. Почти вдвое снижается разрушающее давление мембран из стали 03Х12Н10МТ (Рр = 0,56) и сплава ХН55МБЮ (Рр = 0,6) при двуосном растяжении. На относительное сужение гладких образцов из сплавов ХН43МБТЮ и ХН55МБЮ (см. рис. 7), а также из стали 12Х18Н10Т дополнительно влияет предварительное термоциклирование [8]. Наблюдается сравнительно небольшое, но ощутимое (до 25 %), падение прочности образцов с надрезом.

Таким образом, влияние водородной атмосферы на роботоспособность материалов является многогранным, а его определение зависит от правильно выбранных условий эксперимента.

Выводы

Для корректного экспериментального определения склонности материала к водородной деградации необходимо вакуумирование рабочей камеры перед заполнением водородом. Полная и качественная оценка роботоспособности конструкционных материалов в водородной среде возможна после комплексных лабораторных исследований:

1. Для выбора химического состава и структуры материала, защитных покрытий и т. д. целесообразно определять малоцикловую довговеч-ность и кратковременную прочность гладких и надрезанных образцов в водороде. Условиями максимального влияния водорода являются:

- для аустенитно-мартенситных сталей и высоконикелевых сплавов при малоцикловой усталости — давление свыше 10 МПа, частота деформации 0,5 Гц, амплитуда деформации от 0,8 до 1,6 %, а при кратковременном растяжении — давление не менее 35 МПа, скорость деформации не выше 6,7 • 10-5 с-1;

- для аустенитных хромомарганцевых сталей и железоникелевых сплавов с содержанием никеля до 50 % — предварительное наводоро-живание до концентрации не менее 50 мол/м3.

2. Для имитации рабочих режимов конструкций необходимо испытывать отобранные материалы по более сложным методикам, важнейшие из которых — двуосное растяжение, многоцикловая усталость, термоциклирование, длительная прочность и ползучесть.

Работа выполнена при финансовой поддержке УНТЦ, грант 1628.

Список литературы

1. Карпенко Г. В., Крипякевич Р. И. Влияние водорода на структуру и свойства сталей. Г.: Металлургия, 1962.

2. Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985.

3. Gray H. R. Testing for hydrogen environment embrittlement: Experimental variables// Hydrogen Embrittlement Testing, ASTM STP 543. Baltimore: ASTM, 1974. P. 133-151.

4. Швед М. М. Изменение эксплуатационных свойств железа и стали под влиянием водорода. Киев: Наукова думка, 1985.

5. Арчаков Ю. И. Водородная коррозия стали. Г.: Металлургия, 1985.

6. Панасюк В. В., Ковчик С. Е., Сморода Г. И. Методы оценки водородной хрупкости конструкционных материалов // Физ.-хим. механика материалов. 1979. №3. С. 5-17.

7. Фишгойт А. В. Колачев Б. А. Испытание на прочность в водороде в аэрокосмической промышленности // Физ.-хим. механика материалов. 1997. №4. С. 151-154.

8. Ткачев В. И., Холодный В. И., Левина И. Н. Работоспособность сталей и сплавов в среде водорода. Львов: Вертикаль, 1999.

9. Максимович Г. Г., Третяк И. Ю., Ивась-кевич Л. М. и др. Роль мартенситного превращения в водородном охрупчивании нестабильных аустенитных сталей // Физ.-хим. механика материалов. 1985. №4. С. 29-32.

10. Ежов А. А., Шварц В. И., Попова Л. Е. и др. Исследование особенностей разрушения жаропрочного сплава ЕП-741 методом тепловой микроскопии // Порошковая металлургия. 1981. № 6. С. 54-59.

11. Ткачев В. И., Левина И. М., Иваське-вич Л. М. Особенности водородной деградации никелевого жаропрочного сплава // Физ.-хим. механика материалов. 1997. № 4. С. 115-120.

12. Алымов В. Т., Астрединов М. И., Ста-ринский В. Д., Алексеев С. И. Влияние газообразного водорода при повышенных давлениях на характеристики разрушения стали Х16Н6 // Физ.-хим. механика материалов. 1976. №2. С. 35-38.

13. Chandler W. T., Walter R.J. Testing to determine the effect of high-pressure hydrogen environments on the Mechanical properties of metals // Hydrogen Embrittlement Testing, ASTM STP 543. Baltimore: ASTM, 1974. P. 170-192.

14. Романов А. Н. Влияние частоты малоциклового нагружения на долговечность сталей в водородной атмосфере // Физ.-хим. механика материалов. 1979. №3. С. 109-110.

15. Ткачев В. И., Иваськевич Л. М. Механические свойства хромомарганцевых аустенит-них сталей в среде водорода // Физ.-хим. механика материалов. 1997. № 5. С. 75-78.

16. Шепилов В. Б., Михайлов А. В., Антропов Н. П. и др. Влияние водорода на механические свойства стали ЭП-33 с интерметаллидным упрочнением // Физика металлов и металловедение. 1986. Т. 62, №5. С. 1002-1006.

17. Романов А. Н, Ткачев В. И., Карпенко Г. В. Малоцикловая усталость железа и сталей в газообразном водороде // Физ.-хим. механика материалов. 1975. №6. С. 15-21.

18. Андрейкив О. Е., Никифорчин Г. М., Ткачев В. И. Прочность и разрушение металлических материалов и элементов конструкций в водородосодержащих средах // Физико-механический институт: Продвижение и достижения. Львов, 2001. С. 248-286.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.