پدیده تردی هیدروژن و شکست پیچ و مهره

پیچ و مهره ها با استحکام بالا که با تنسایل 1000 الی 2000 مگاپاسکال و یا 150 الی 300 Ksi مشخص می شوند معمولا در موقعیت های حساس مثل پل ها، موتورهای ماشین، هواپیما و سازه های فضایی و نظامی مورد استفاده قرار میگیرند که هر گونه از کار افتادگی و یا شکست می تواند عواقب جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. از آنجا که بسیاری از استاندارد های پیچ و مهره که به تولید پیچ و مهره های تنسایل بالا منجر میشوند شامل عملیات حرارت و برودت می شوند، و از آنجا که عملیات حرارتی بدون در نظر گرفتن خواص اولیه و ثانویه پیچ ها می تواند موجب تردی هیدروژنه و در نهایت شکست اتصال پیچ و مهره شوند، بررسی عوامل موثر بر این پدیده اهمیت ویژه ای پیدا می کند.

پدیده تردی هیدروژنه به عنوان یکی از عوامل شکست اتصال پیچ و مهره ها ده ها سال است که مورد مطالعه قرار گرفته است اما طبیعت پیچیده این پدیده و وابستگی آن به متغیر های متعدد که در شرایط مختلفی از دما و تنش بوجود می آیند مطالعات مرتبط را با دشواری هایی همراه می کند. چرا که مطالعات و آزمایشها همواره در شرایطی کنترل شده صورت میگیرند حال آنکه یک اتصال پیچ و مهره تحت یک بارگذاری واقعی دستخوش انواع متغیر های غیر قابل کنترل می باشد. این واقعیت که تردی هیدروژن یک دلیل ریشه ای شکست اتصال پیچ و مهره است و یا بخشی از مکانیزم شکست همواره مورد اختلاف بوده است.

تعریف پدیده تردی هیدروژنه

پدیده تردی هیدروژنه به معنی از بین رفتن دائمی خاصیت چکش خواری فلز بر اثر هیدروژن در ترکیب با استرس تنش داخلی و یا خارجی می باشد.
پدیده تردی هیدروژنه بر مبنای سورس هیدروژن در دو زیر مجموعه تردی هیدروژنه داخلی و تردی هیدروژنه محیطی دسته بندی می شود. پدیده تردی هیدروژنه داخلی بر اثر هیدروژن باقی مانده در ساختار فلز در مراحل تولید فولاد، قوطه وری و یا آبکاری اتفاق می افتد. پدیده تردی هیدروژنه خارجی بر اثر قرار گرفتن فلز تحت تنش در معرض هیدروژن مثل پیچ و مهره تحت بار اتفاق می افتد. اصطلاحات “ترک تنش و خوردگی” همچنین “ترک تنش و خودگی بدلیل هیدروژن” برای بیان شکست بر اثر هیدروژن خارجی تولید شده در مرحله خوردگی سطحی فلز و جذب آن توسط پیچ و مهره فولادی اتفاق می افتد. پدیده جذب کاتدی هیدروژن در حظور فلزات سطحی آبکاری مثل روی در فرایند گالوانیزه گرم و یا کادمیوم که به منظور محافظت سطحی بر روی فلز قرار گرفته اند اتفاق می افتد. این بدان معناست که در معرض لایه های آبکاری در صورتیکه لایه های زیرین بدلیل خراش و یا عدم آبکاری مناسب پدیدار شوند پدیده جذب هیدروژن چندید بار سریعتر و عمیق تر از جذب هیدروژن در صورت عدم آبکاری اتفاق می افتد.

پدیده تردی هیدروژن چگونه موجب شکست اتصال پیچ و مهره می شود

زمانیکه پیچ و مهره های با تنسایل بالا تحت تنش و یا بارگذاری های سنگین قرار میگیرند، این تنش موجب حرکت اتم های هیدروژن به نقاطی با تمرکز تنش بالا که معمولا عمق اولین دنده ی درگیر شده و یا نقطه پایین گل پیچ است می شود. با بالا رفتن تعداد اتم های هیدروژن در نقاط با تمرکز تنش که نام برده شد فلز در این نقاط خاصیت چکش خواری خود را از دست داده و به شدت ترد می شود. در نتیجه افزایش تنش و تردی هیدروژن ترک های ریزی در ساختار پیچ و مهره ها بوجود می آید. با ایجاد این ترک های ریز نقاط تمرکز تنش به این ترک ها منتقل شده و هیدروژن های بیشتری در مسیر ترک های ایجاد شده تجمع پیدا می کنند و به تدریج این ترک ها بزرگتر و عمیق تر شده تا جایی که اتصال پیچ و مهره دچار شکست می شود. آنچه پدیده شکست هیدروژن را بسیار خطرناک می کند این واقعیت است که این پدیده موجب شکست اتصال در تنش های خیلی پایین تر از تنش تسلیم و حتی با گواه می شود.

پیچ و مهره