수소 취성 소개

수소 취성은 민감한 금속에 의한 수소 흡수의 결과로 연성의 손실과 하중 지지 능력의 감소를 초래합니다. 취성 재료의 항복 응력 미만의 응력은 균열 및 치명적인 취성 파괴를 초래할 수 있습니다. 수소 취성은 수소 유발 균열 또는 수소 공격이라고도 합니다.

실온에서 수소 원자는 금속 격자로 흡수되어 입자를 통해 확산될 수 있습니다. 흡수된 수소는 원자 또는 결합된 분자 형태로 존재할 수 있습니다. 형태에 관계없이 원자 또는 분자는 결합하여 금속 입자 경계에서 작은 기포를 형성합니다. 이 기포는 압력 농축기 역할을 하여 금속 입자 사이에 압력을 형성합니다. 압력은 금속이 연성을 감소시킨 수준까지 증가하여 재료 내부에 미세한 균열을 형성할 수 있습니다. 균열은 입계입니다. 즉, 금속 입계를 따라 크랙이 성장한다. (주제에 대한 자세한 내용은 수소 수포 및 수소 취성:원인 및 예방 조치를 참조하십시오.)

수소 취화로 인한 고장의 예는 아래 그림과 같습니다. 왼쪽 이미지는 파손된 크롬 도금 강철 볼트의 거시적 보기를 보여줍니다. 오른쪽 이미지는 파단면의 주사전자현미경 이미지를 보여줍니다. 파단면의 각진 모양은 입계 파단을 나타냅니다. 볼트는 크롬 전기도금 과정에서 부서졌습니다.

파단된 볼트 및 파단면의 주사 전자 현미경 이미지.

수소 취성으로 인한 고장에는 세 가지 필수 요소가 있습니다.

1. 민감한 자료
2. 수소가 포함된 환경에 노출
3. 잔류 및/또는 적용된 응력으로 인한 인장 응력의 존재

고강도 탄소강과 저합금강은 수소 취성에 가장 취약한 합금입니다. 1000 MPa 미만의 극한 인장 강도 또는 30 HRC 미만의 경도를 갖는 강철은 일반적으로 수소 취성에 민감한 것으로 간주되지 않습니다. (또 다른 예는 아연의 수소 취화 문제:새로운 지침에 대한 논의에서 찾을 수 있습니다.)

수소는 상온 또는 상승된 온도에서 금속 표면에 들어가 확산됩니다. 이것은 금속이 원자 또는 분자 수소와 접촉하는 모든 곳에서 다양한 제조 및 조립 작업 또는 운영 사용 중에 발생할 수 있습니다.

수소 취성을 유발할 수 있는 공정에는 인산염 처리, 산세척, 전기도금 및 아크 용접이 포함됩니다. 이 과정에서 물질이 수소를 흡수할 가능성이 있습니다. 예를 들어, 아크 용접 중에 수분에서 수소가 방출됩니다(예:용접 전극 코팅, 이를 최소화하기 위해 특수 저수소 전극이 고강도강 용접에 사용됨).

사용 중에 수소는 부식, 금속과 산의 화학 반응 또는 기타 화학 물질(특히 황화물 응력 균열에서 황화수소)과의 화학 반응으로 인해 금속에 도입될 수 있습니다.

파단을 일으키는 응력은 부품 내부의 잔류응력으로도 충분합니다.

수소 취성을 피하기 위해 취할 수 있는 단계에는 수소 노출 감소, 도금 후 베이킹 및 수소 흡수로 이어지는 기타 처리가 포함됩니다. 베이킹은 수소가 금속 밖으로 확산되도록 합니다. 베이킹이 선택 사항이 아닌 경우 저강도 강철을 사용하고 잔류 응력과 적용된 응력을 줄이는 것이 수소 취성으로 인한 파손을 방지할 수 있는 방법입니다. 구성 요소가 사용되는 동안 수소 흡수가 발생하는 상황에 가장 적합한 옵션일 수 있습니다.

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