IMG
60

Taki charakter pękania można wyjaśnić następująco. Z powodu podwyższonego naprężenia hydrostatycznego materiał w strefie pękania zawiera znaczną ilość wodoru. Lokalne odkształcenia wywołują dekohezję na wydzieleniach lub w narożach ziaren, tworząc so-czewkowate lub klinowe pustki. Powstanie pustek wywołuje miejscową relaksację naprężeń hydrostatycznych. Wodór nie może więc zostać zatrzymany w roztworze i wydziela się w nieciągłościach. Przy czym wodór uwalnia się tylko w tych okolicach, w których naprężenie hydrostatyczne obniży się z powodu powstania pęknięcia. W nieciągłościach ciśnienie wodoru wzrasta aż do wartości /?, która jest w równowadze ze zredukowanym stężeniem wodoru c_s w pobliżu nieciągłości zgodnie z prawem Sievertsa:

(4.36)

P_ ₌ £Ł

Ps 4

gdzie:

p — ciśnienie wodoru w nieciągłości, p_N - ciśnienie atmosferyczne,

c_s - ilość rozpuszczonego wodoru w pobliżu nieciągłości, c_v - rozpuszczalność wodoru pod ciśnieniem atmosferycznym.

Granica ziarna pęka, jeżeli współczynnik intensywności naprężeń na granicy nieciągłości osiąga wartość krytyczną. Współczynnik ten jest funkcją przyłożonego obciążenia i ciśnienia wodoru. Można go wyrazić wzorem Barenblatta [22]:

(4.37)

gdzie:

r -

promień płaskiej okrągłej pustki na granicy ziaren, naprężenie normalne do granicy, ciśnienie wodoru w nieciągłości.

Dane te wskazują na to, że czynnikiem decydującym o skłonności stali do pękania opóźnionego przy określonym naprężeniu jest zawartość wodoru rozpuszczonego w metalu. Ilustrują to rysunki 4.50 i 4.51. Z zależności przedstawionych na rysunkach widać, że czas do zerwania oraz naprężenie krytyczne wzrastają, jeżeli w wyniku wyżarzania w temperaturze 150°C maleje zawartość wodoru oraz wzrasta promień zaokrąglenia karbu.

Z przedstawionych rozważań wynika, że do wywołania pęknięcia wodorowego konieczny jest określony poziom naprężeń, wyższy od naprężeń krytycznych, oraz stężenie wodoru wyższe od c_kr. Jeżeli ilość wodoru w spoinie i w SWC jest mniejsza od krytycznej (c_H < c_kr) (rys. 4.52a), pęknięcie nie wystąpi w czasie spawania. Jednakże obecność naprężeń hydrostatycznych (rozciągających) w obszarze pod dnem karbu wywołuje dyfuzję wstępującą wodoru. Schemat rozkładu stężenia wodoru c_H po pewnym czasie od zakończenia spawania (na przykład po 12 godzinach) pokazuje rysunek 4.52a. Jeżeli w strefie odkształceń plastycznych pod dnem karbu stężenie wodoru c„ przekroczy stężenie krytyczne wodoru (c_kr), niezbędne do wywołania pękania, w obszarze o szerokości a wystąpi pęknięcie wodorowe. Dyfuzja wodoru do powstałej szczeliny i rekombinacja atomów wywołują wzrost ciśnienia oraz stopniowy (skokowy) rozwój pęknięcia w kierunku materiału. Między dnem karbu a pęknięciem następuje najczęściej