Vodíkové pokrytie je kritickým záujmom pri výrobe a aplikácii vysokopevnostných skrutiek uhlíkovej ocele, najmä v odvetviach, kde je nevyhnutná mechanická spoľahlivosť a dlhodobý výkon. Tento jav sa vzťahuje na stratu ťažnosti a prípadné zlyhanie kovu v dôsledku prítomnosti a difúzie atómov vodíka v jeho kryštalickej štruktúre. Pochopenie toho, ako sa vyskytuje vodíkové sklon, najmä v upevňovacích prvkoch uhlíkovej ocele, je nevyhnutné pre výrobcov, inžinierov a odborníkov na kontrolu kvality, aby sa zabránilo katastrofickým zlyhaniam.
Vodíkové stĺpenie vo vysokej pevnosti skrutky z uhlíkovej ocele Všeobecne zahŕňa tri primárne štádiá: úvod vodíka, difúzia vodíka a zachytenie a následné sklon, čo vedie k oneskorenému zlyhaniu. Počiatočná fáza, vstup vodíka, sa môže vyskytnúť počas viacerých bodov vo výrobnom procese. Medzi bežné zdroje patrí morenie (čistenie kyselín), elektroplatovanie (najmä zinok alebo kadmium), fosfátovanie a dokonca aj korózne reakcie počas služby. Ak je skrutka vystavená kyslému prostrediu alebo elektrochemickým procesom, na povrchu kovu sa vyrába atómový vodík. Niektoré z týchto atómov vodíka prenikajú do oceľovej matrice, najmä v ocele, ktoré majú vysokú tvrdosť alebo pevnosť v ťahu (zvyčajne nad 1000 MPa).
Akonáhle je vo vnútri kovu, môžu atómy vodíka migrovať a zachytiť sa pri rôznych mikroštrukturálnych defektoch, ako sú hranice zŕn, dislokácie, inklúzie a dutiny. V oceliach s vysokou pevnosťou, ktoré majú tendenciu mať napätejšiu a citlivejšiu mikroštruktúru v dôsledku zliatiny a tepelného spracovania, poskytujú mriežkové nedokonalosti priaznivé miesta na akumuláciu vodíka. V priebehu času môže dokonca aj malé množstvo zachyteného vodíka vytvárať vnútorné napätia, ktoré ohrozujú súdržnosť kovu, najmä pri ťahaní.
Mechanizmus krehkosti nie je len spôsobený prítomnosťou samotného vodíka, ale skôr to, ako interaguje s oceľou pod stresom. Jednou z všeobecne akceptovanej teórie je lokalizovaná plasticita so zvýšenou vodíkom (HEMP), kde vodík zvyšuje mobilitu dislokácií v lokalizovaných oblastiach, čo vedie k predčasnému začatia a šíreniu trhlín. Ďalšia teória, známa ako dekohézia so zvýšenou vodíkom (HEDE), naznačuje, že vodík oslabuje atómové väzby pozdĺž hraníc zŕn, čo vedie k intergranulárnej zlomenine. V praxi môžu oba mechanizmy fungovať súčasne v závislosti od zloženia ocele, mikroštruktúry a servisných podmienok.
Pri aplikácii sa vodíkové ohnilo často prejavuje ako oneskorené zlyhanie. Skrutky, ktoré absolvujú všetky mechanické testy po výrobe, môžu náhle zlyhať po dňoch alebo týždňoch v prevádzke, najmä ak sú vystavené ťahovému stresu. Spustenie zlomenín zvyčajne vykazuje krehké vlastnosti, ako je štiepenie alebo intergranulárne krakovanie, napriek tomu, že materiál je za normálnych podmienok ťažký. Vďaka tomu je obzvlášť nebezpečné ohromenie vodíka, pretože zlyhania sa vyskytujú bez varovania a často v kritických zostavách.
Aby sa zabránilo styku vodíka vo vysoko pevných skrutkách uhlíkovej ocele, bežne sa používa niekoľko stratégií. Prvým je kontrola procesu. Výrobcovia musia minimalizovať expozíciu vodíka počas procesov povrchového spracovania. Napríklad použitie alkalického čistenia namiesto kyslého morenia a vyhýbanie sa elektroplatu, kde je to možné, alebo s použitím alternatív, ako je mechanické pokovovanie. Ak je potrebná elektrotechnicia, vykonáva sa kritický postproces známy ako pečenie. Zahŕňa to zahrievanie skrutiek (zvyčajne pri 190–230 ° C na niekoľko hodín) krátko po pokovovaní, aby sa zachytený vodík rozptýlil skôr, ako spôsobí poškodenie.
Výber materiálu je ďalšou metódou riadenia. Môže pomôcť zníženie obsahu uhlíka alebo výber zliatin s lepšou odolnosťou voči stúreniu, hoci to môže zahŕňať kompromisy v sile a nákladoch. Okrem toho zníženie konečnej pevnosti v ťahu upevňovacích prvkov mierne pod prahom stĺpca (bežne citované ako ~ 1 000 MPa) môže dramaticky znížiť citlivosť.
V službe sú kľúčové zníženie stresu a kontroly životného prostredia. Vyhýbanie sa nadmernému utiahnutiu a používaniu správnych špecifikácií krútiaceho momentu môže obmedziť ťahové napätie nanesené na skrutky. Ochranné povlaky, ako napríklad ošetrenie zinočnatého alebo fosfátu v kombinácii s tesniacimi prostriedkami, môžu chrániť skrutky pred korozívnymi prostrediami, ktoré vytvárajú vodík. Vo vysoko kritických aplikáciách sú upevňovacie prvky niekedy špecifikované so vstavanými bezpečnostnými faktormi, ktoré zohľadňujú potenciálne riziká, že ohromenie.
Vodíkové skrutky vo vysoko pevnej uhlíkovej oceľovej skrutkovaní je komplexný, ale dobre pochopený jav, ktorý zahŕňa vstup vodíka, zachytenie a šírenie trhlín v strese. Jeho výskyt je ovplyvňovaný viacerými faktormi vrátane zloženia ocele, výrobných procesov, expozície životného prostredia a servisného stresu. Prostredníctvom prísnej kontroly procesu, vhodného výberu materiálov a protokolov po liečbe, ako je pečenie, môžu výrobcovia významne znížiť riziko zlyhaní súvisiacich s vodíkmi a zabezpečiť dlhodobú spoľahlivosť upevňovacích prvkov uhlíkovej ocele v náročných aplikáciách.
