1

Hydrogen sprödhet

Göran Ahlin, Candor Sweden

Björn Erik Schaug, Candor Norge

2

Vad menas med hydrogensprödhet?

Den fysikaliska process som gör vissa metaller spröda på grund att hydrogen tas upp av materialet.

Hydrogensprödhet I ett material kan förorsaka spröda brott långt innan matrialets normala brottgräns.

3

Mekanism

• Startas av att väteatomer diffunderar in i materialet

• I metallmatrisen (korngränserna) finns små inneslutningar (voids) där väteatomerna kan lagras.

• Vid en viss atomkoncentration bilds vätgasmolekyler, varvid trycket i inneslutningen ökar

• Trycket kan öka till nivåer där duktilitet och utmattningshållfasthet kraftigt reduceras.

4

Hydrogen Embrittlement in carbon steel,

zinc plated part

5

Vilka material är känsliga?

• Stål med brottgräns >1000 MPa eller hårdhet >30HRC (ca 300HV)

• Titanlegeringar

• Hårda aluminiumlegeringar

6

Riskprocesser

• Ytbehandlingsprocesser där vätgas bildas– Elförzinkning– Förnickling– Betning– Fosfatering

• Svetsning

• Korrosion

• Katodiskt skydd

7

Risk för hydrogensprödhet för olika förzinkningsprocesser och förbehandlingar

– Surzink minst risk, cyanzink störst– Kraftig betning - stor risk– Anodavfettning – låg risk– Katodavfettning – hög risk

8

Risk för brott för olika nickelprocesser

9

Utmattningshållfasthet för olika stål

Fler faktorer än hydrogensprödhet påverkar ett ståls hållfasthetsegenskaper:

• Ytstruktur- Ra värde

• Materialtjocklek• Bearbetningsmetoder• Arbetstemperatur• Användningsmiljön

10

Ytbeskaffenhetens inverkan på utmattningshållfastheten hos

Aluminiumlegeringar

ProcessTyp av restspänning

Betydelse Orsak till restspänningar

Gjutning• alla

processer Tryck och drag Stor Stelning, svalning

Varmbearbetning

• smidning • valsning • extruderin

Tryck och drag Relativt liten Svalning

Kallbearbetning• valsning • pressning • riktning

Tryck och drag Mycket stor Elastisk-plastisk deformation

Skärande bearbetning

• fräsning • svarvning • slipning

Drag nära ytan Kan vara betydande, Elastisk-plastisk deformation,

termisk påverkan

11

Andra typer av materialfel förorsakade av ytbehandlingsprocessen - exempel

• Fördröjd blåsbildning i skiktet- kan bero på gasinneslutningar i ytbehandlingsskiktet

• Blåsbildning i lackskikt – kan bero på fukt i passiveringsskikt

• Zinksläpp i högströmområden – kan bero på för höga strömtätheter

• Spröda metallskikt – kan bero på föroreningar I baden

12

Värmebehandling

Före metallbeläggningStål med brottgräns >1000 kp/mm2 som slipats eller maskinbearbetats bör avspänningsbehandlas i 30-60 min 170-210 OC

13

Tiden för värmebehandling anpassas efter godstjocklekoch stålets brottgräns

Stålets brottgräns MPa

Detaljens godstjocklek mm

Värmebehandling vid 190-210oC timmar

1000-1150 <12 Min 2

12-25 Min 4

>25 Min 8

1150-1400 <12 Min 4

12-25 Min 12

25-40 Min 24

>40 utprovas

Värmebehandling efter metallbeläggning

14

Att tänka på

• Ta alltid in materialspecifikationer från kund/konstruktion

• Undvik hydrogenbildande operationer för kritiska material

• Värmebehandla både före och efter om hårda material varmbearbetas

• Ytbehandla på så släta ytor som möjliga på kritisika material