Хрупкость меди: Водородная хрупкость меди

Водородная хрупкость | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Скрипчук, Г. А. Водородная хрупкость / Г. А. Скрипчук. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2009. — № 11 (11). — С. 13-15. — URL: https://moluch.ru/archive/11/825/ (дата обращения: 26.10.2022).

Элементы различных конструкций  могут подвер­гаться совместному воздействию длительно действующих нагру­зок, температур и различных агрессивных сред. Одним из видов  агрессивной среды является водородосо­держащая среда. Причем она может действовать на конструкцию как при высоких температурах и давлениях, так и при нормаль­ных, которые условно называют низкими температурами. При высоких температурах и давлениях водород, действуя на материал конструкции, вызывает водородную коррозию — обезуглероживает сечение, в результате значительно изменяются кратковременные и длительные механические свойства. Это приводит к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкций и сокращению долговеч­ности.

При нормальных температурах водород оказывает избира­тельное воздействие на механические свойства напряженного металла конструкции. Механические свойства сильно изменяются в растянутых зонах и практически остаются стабильными в сжа­тых зонах конструкции; причем в растянутых зонах изменение механических свойств тем сильнее, чем большее количество во­дорода проникло в соответствующий объем конструкции. Водородное воздействие приводит к охрупчиванию материала, которое может привести, и в ряде случаев уже приводило к авариям. Несмотря на это, водород широко применяется в различных отраслях техники и промышленности. Более того, в силу целого ряда причин технического, экономи­ческого и экологического характера ожидается значительное увеличение потребления водорода в мировой экономике для раз­личных нужд.

Низкотемпературное водородное охрупчивание наблюдается при температурах, не превышающих 200°С (от t = -20 до t = +200 °С), и в этом случае в качестве источника водорода выступает либо сам водород, когда конструктивный элемент представляет собой бак, сосуд, баллон и т. д. (тогда водород просто под давлением проникает в металл), либо водород может появиться как побочный продукт в ряде технологических процессов.  

Низкотемпературное водородное воздействие отличается тем, что водород по диффузионному механизму проникает в напряженные и ненапряженные элементы конструкций, причем он интенсивнее проникает в растянутые зоны конструкций и менее интенсивно — в сжатые зоны, накапливается там и после достижения определенной концентрации приводит к изменению механических свойств материала конструкции. При этом степень изменения свойств металлов сильно зависит от содержания водорода. При малом содержании водорода изменения механических свойств практически не наблюдается, после достижения критического уровня происходит интенсивное ухудшение свойств, по достижении предельной концентрации (предельного уровня насыщения) изменение механических свойств затормаживается, несмотря на продолжающееся насыщение материала конструкции.

Особенность работы нагруженных конструкций, подвергающихся низкотемпературному наводороживанию, заключается в том, что изменение механических свойств материала в растянутых зонах происходит более интенсивно, чем в сжатых зонах. Неравномерное изменение свойств вызывает перераспределение поля напряжений, которое в свою очередь влияет на распределение водородного поля. Этот процесс перераспределения напряжений и водородного поля по объему конструкции будет неустановившимся до тех пор, пока либо не стабилизируется состояние конструкции, либо она не разрушится.

При низкотемпературном наводороживании кинетика водородного охрупчивания контролируется кинетикой транспорта водорода. Если концентрация водорода превысит предельно допустимое значение, то развивается водородная хрупкость. Водородная хрупкость проявляется в изменении механических характеристик металла. Термин «водородная хрупкость» является условным, так как водород не всегда приводит к замедленному разрушению.

Под водородной хрупкостью понимают всю совокупность отрицатель­ных явлений, вызванных повышенным содержанием водорода в ме­талле. Вредное воздействие водорода на металл прояв­ляется прежде всего в снижении его прочностных и пластичес­ких свойств. Так, снижение пластичности металлов может колебаться в широком диапазоне: от нескольких процентов до почти полной потери пластичности. Влияние водорода на механические свойства металла может осуществляться в ре­зультате облегчения обычного для данного металла вязкого разрушения или в результате изменения характера разрушения от вязкого внутризеренного к хрупкому межзеренному. Под воздействием водорода значительно увеличива­ется чувствительность металлов к наличию трещин. Это делает реальной опасность катастрофического хрупкого разрушения конструкций, обладающих в обычных условиях достаточной несу­щей способностью.

Природа водородной хрупкости металлов определяется содержанием водорода, характером взаимодействия металлов и сплавов с водородом, состояние водорода в металле, величиной напряжений.

Водородная хрупкость связана с различного рода дефектами и несовершенствами кристаллической решетки металлов. Водородная хрупкость металлов создается самим водородом благодаря особенностям его состояния в металле.

Анализ экспериментальных данных позволил выявить следу­ющие закономерности проявления водородного охрупчивания:

1) вызванная водородом хрупкость проявляется при низких скоростях деформации;

2) повышение содержания водорода в материале ухудшает его прочностные и пластические характеристики;

3) наводороженный металл подвержен замедленному разру­шению, т.е. разрушению при постоянной или слабо меняющейся нагрузке;

4) механические характеристики наводороженного металла, находящегося в напряженном состоянии, могут хотя бы частично быть восстановлены в процессе отдыха после снятия напряжений;

5) с ужесточением схемы напряженного состояния интен­сивность охрупчивания заметно возрастает[2].

Присутствие водорода приводит к увеличению хрупкости всех без исключения металлов, ни в одном случае не было обнаружено увеличение пластичности металла при окклюзии водорода.

Установлено, что результатом возникновения водородной хрупкости стали является понижение ударной вязкости, относительного удлинения и относительного сужения. Вредное влияние водорода на пластические свойства более резко проявляются у хромоникелевых, хромомолибденовых и хромоникельмолибденовых сталей. Значительное охрупчивание стали, содержащей водород, происходит в интервале температур от — 100 до + 100⁰ С, максимум водородной хрупкости имеет место при температурах, близких к комнатной, а при температуре – 196⁰ С водородная хрупкость стали практически не наблюдается.   На рисунке 1 схематично это изображено.

Чувствительность стали к водородной хрупкости зависит от многих факторов: в первую очередь от уровня прочности, а затем от состояния, состава, структуры стали, а также свойств отдельных плавок [3].

Так же установлено, что присутствие водорода приводит к резкому понижению пластических свойств никеля и в характере этого процесса имеется много общего с процессом охрупчивания стали и ряда других металлов, имеющих кубическую решетку. Однако  в отличие от стали, где давление приводило к необратимым изменениям вследствие пластической деформации, никель деформируется только упруго: после прекращения наводороживания деформация постепенно исчезает.

  При воздействии водорода на медь происходит резкое снижение пластичности. Опасность охрупчивания меди необходимо учитывать при некоторых технологических операциях, например при светлом отжиге  медных изделий, получившем широкое практическое применение.

Рисунок 1. Схема растяжения стали.

1-      исходная нормализация; 2- после наводороживания.

Алюминий не склонен к водородной хрупкости. Единственный дефект, возникающий в алюминиях и его сплавах под действие водород, — газовая пористость, которая оказывает влияние на механические свойства сплавов. Снижение предела прочности представляется следствием охрупчивания из-за пористости.

Тантал наименее склонен к водородной хрупкости. Долговечность наводороженного тантала также значительно ниже, чем не содержащей водород.

Присутствие водорода в титане вызывает резкое ухудшение пластических свойств металла при растяжении и других видах деформации, понижает сопротивление ударному разрушению, отрицательно влияет на характеристики длительной прочности и другие служебные свойства металла. Технический титан обладает большой чувствительностью к водородной хрупкости, чем титан высокой чистоты [1].

Таким образом, проблема водородной хрупкости металлов оказалась значительно более глубокой и всеобъемлющей, чем это предполагалось.

Литература

1.                  Галактионова, Н.А. Водород в металлах. — М.: Металлургия, 1967. – 304c.

2.                  Колачев, Б.А. Водородная хрупкость метал­лов. – М.: Металлургия, 1985. – 215c.

3.                  Мороз,Л.С  Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967. – 275c.

Основные термины (генерируются автоматически): Водородная хрупкость, Водород, Водородная хрупкость металлов, металл, присутствие водорода, свойство, температура, водородное охрупчивание, водородное поле, сам водород.

Медь

Назад к списку

Медь является одним из важнейших эссенциальных (жизненно-необходимых) микроэлементов. В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% всей меди находится в мышцах, а еще 10% в печени.

Роль меди в организме огромна. Прежде всего, она принимает активное участие в построении многих необходимых нам белков и ферментов, а также в процессах роста и развития клеток и тканей. Участвуя в синтезе коллагена, необходимого для образования белкового каркаса скелетных костей, медь делает здоровыми и крепкими наши кости. Людям, имеющим хрупкие кости и склонным к переломам, часто бывает достаточно ввести в рацион питания добавки с медью – и переломы прекращаются, так как перестают вымываться минералы, укрепляется костная ткань, предотвращается развитие остеопороза.

Благодаря меди наши кровеносные сосуды принимают правильную форму, долго оставаясь прочными и эластичными. Медь способствует образованию эластина – соединительной ткани, образующей внутренний слой, выполняющий функцию каркаса сосудов.

Вместе с аскорбиновой кислотой медь поддерживает иммунную систему в активном состоянии, помогая ей защищать организм от инфекций; ферменты, отвечающие за защиту организма от свободных радикалов, тоже содержат в своём составе медь. Особенно нужна медь для поддержания структуры фермента супероксиддисмутазы, обладающего мощным антиоксидантным действием. Этот фермент играет не последнюю роль в предупреждении преждевременного старения кожи – отвечает за целостность клеток, поэтому он часто входит в состав самых эффективных антивозрастных косметических средств. Упругость и эластичность кожи поддерживается с помощью коллагена – в его составе тоже есть медь.

Большое значение медь имеет для кроветворения, она является одним из элементов, которые синтезируют эритроциты и лейкоциты. Также она занимается транспортировкой железа, и если меди не хватает, то железо будет накапливаться там, где не надо.

Медь играет очень важную роль для кровеносных сосудов. Она придает им правильную форму, эластичность и прочность.

Недостаток меди может быть причиной частых переломов, так как она является важной составляющей белкового каркаса костей.

Медь в организме человека играет еще одну очень важную роль – уничтожает инфекции. История знает много тому подтверждений. Во времена эпидемий чумы и холеры реже всех болели люди, работающие на медных рудниках или заводах. Кстати такие люди еще и онкологическими заболеваниями страдают меньше других.

Стоит отметить, что медь славится своими лечебными свойствами и широко использу-ется в народной медицине. Приведу несколько примеров.

При ушибе или гематоме нужно приложить к поврежденному месту медный пятак, тогда боль пройдет, а синяка не останется.

Тот же медный пятак в древности нагревали до красна, бросали в воду и давали пить ее больному лихорадкой. Помогало.

Литература

Гатаулина Галина. Женский журнал InFlora.ru. Медь в организме: роль, нехватка меди, медь в продуктах.

Гриффит В. Витамины, травы, минералы и пищевые добавки: Справочник/Пер. с англ. К. Ткаченко. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000.

Входит в состав следующих препаратов:

[решено] Медь становится твердой и хрупкой при механической обработке, но

Этот вопрос ранее задавался в

DSSSB JE ME 2019 Official Paper Shift-1 (состоялась 06 ноября 2019 г.)

Посмотреть все DSSSB JE Papers >

1. от 500°F до 600°F
2. от 700°F до 900°F
3. от 900°F до 1100°F
4. от 600°F до 700°F

Опция 9 0203 до 7000°F Бесплатно

CT 1: История Индии

34,9 тыс. пользователей

10 вопросов

10 баллов

6 минут

Объяснение:

Медная проволока или трубка в исходном состоянии достаточно мягкие, что позволяет использовать их по-разному, когда трубку необходимо согнуть до нужной формы. При изгибе медь затвердевает из-за деформационного упрочнения (также называемого деформационным упрочнением). Достаточное изгибание сделает невозможным возвращение его к первоначальной форме. Однако отжиг при достаточно высокой температуре приводит к формированию нового, свободного от деформации материала, и медь возвращается в исходное мягкое состояние.

• Медь имеет кубическую кристаллическую структуру (гранецентрированная кубическая), что придает ей высокую пластичность . Изгиб меди вызывает деформационное упрочнение (или деформационное упрочнение), потому что работа или деформация меди вносит в структуру дефекты, известные как дислокации. Эти дефекты мешают дальнейшей деформации, делая медь более твердой и прочной, что затрудняет дальнейший изгиб.
• Для отжига меди требуется высокая температура. Медь плавится при 1357 К, а отжиг обычно происходит при температуре более половины температуры плавления в градусах К; даже более высокая температура вызывает более быстрый отжиг (но, конечно, не выше температуры плавления).
• Типичная используемая температура составляет от 400 до 485 °C или от 700 до 900 F .
• Отжиг заставляет структуру создавать и выращивать новые зерна, не подверженные деформации. Новые зерна удаляют все дислокации и другие дефекты, вызванные деформацией, тем самым оставляя материал в исходном мягком состоянии, хотя и не в своей первоначальной форме, он все равно будет такой же формы, как после деформации, но может быть снова легко согнут.
• Отжиг требует времени и температуры, поэтому эту часть эксперимента можно провести только в печи для отжига с достаточно высокой температурой или в пропановой горелке. Если медь недоступна, ее можно взять в другом месте и отжечь, а затем представить классу позже в отожженном состоянии.

Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления DSSSB JE

Последнее обновление: 17 октября 2022 г.

Совет по отбору подчиненных служб Дели (DSSSB) объявил дату экзамена уровня 2 для DSSSB JE Electrical (почтовый индекс (24/21) 13 октября 2022 года. Экзамен будет проводиться 28 ноября 2022 года (понедельник) с 8:00: с 30:00 до 10:30. Всего на должность DSSSB JE будет отобрано 691 кандидат. Кандидаты могут проверить свой результат DSSSB JE, ​​выполнив шаги, указанные здесь. Кроме того, кандидаты могут ознакомиться с DSSSB JE. Отрезка отсюда

Взаимосвязь между пластичностью и прочностью

Медь обладает некоторыми выдающимися свойствами, которые делают ее востребованной во многих отраслях промышленности. Две из них — пластичность и прочность. Однако, чтобы получить максимальную отдачу от этих двух свойств, материал должен быть правильно обработан.

Пластичность, как и прочность, являются двумя очень важными и желательными свойствами медных сплавов. Медь и ее сплавы отличаются высокой пластичностью и сравнительно высокой прочностью. Эта комбинация, а также другие типичные свойства меди, такие как проводимость, коррозионная стойкость или обрабатываемость, делают медь подходящей для многих различных применений. Тем не менее, это сообщение в блоге посвящено взаимосвязи между пластичностью и прочностью.

Что такое пластичность?

Пластичность — это свойство материалов пластически деформироваться под нагрузкой до того, как произойдет разрушение (например, из-за разрушения). При этом материал всегда сохраняет постоянный объем. Пластичность варьируется в зависимости от материала: в то время как стекло разбивается без заметной деформации, сталь может деформироваться более чем на 25 %, прежде чем расколется. Если материал трудно деформируется, например стекло, его называют хрупким.

Для определения пластичности используются две меры: удлинение и уменьшение площади:

• Удлинение указывается как процентное увеличение первоначальной расчетной длины образца и измеряется после разрушения образца.
• Уменьшение площади указывается как процентное уменьшение исходной площади поперечного сечения и измеряется после разрушения образца.

В то время как удлинение зависит от расчетной длины, уменьшение площади — нет.

Что такое сила?

Прочность материала описывает его способность выдерживать механические нагрузки до того, как произойдет разрушение, например, непреднамеренный изгиб или разрушение. Прочность указывает на максимальное напряжение, которое может выдержать материал при его деформации. Как правило, сплавы обладают более высокой прочностью, чем чистые металлы. Материалы с высокой прочностью особенно подходят для легких конструкций, но, как правило, их трудно обрабатывать.

Как вы могли заметить, прочность прямо противоположна пластичности, что приводит к дилемме компромисса между прочностью и пластичностью. В материаловедении эта дилемма описывает, что для увеличения прочности материала пластичность неизбежно снижается, и наоборот. Рассмотрим несколько самых популярных способов упрочнения материала.

Упрочнение за счет ограничения движения дислокаций

• Упрочнение на твердый раствор: При упрочнении на твердый раствор механические свойства твердых тел изменяются за счет внедрения атомов внедрения или замещения. При этом к меди добавляют другие металлические элементы, такие как бериллий, олово, алюминий или никель. Это гарантирует, что движение дислокации будет затруднено, и, таким образом, в конечном итоге увеличится прочность. Различные элементы по-разному влияют на увеличение силы. См. на графике ниже влияние нескольких легирующих элементов на предел текучести меди.

• Холодная штамповка: При холодной штамповке металлы формируются при температуре ниже температуры рекристаллизации. При этом зерна имеют тенденцию к удлинению в направлении деформации. Следовательно, среднее расстояние между дислокациями уменьшается, что блокирует движения. Большие деформации повышают прочность сплава, но в то же время снижают его пластичность. Результатом является большая прочность при меньшей пластичности. На рисунке ниже показаны эффекты холодной штамповки на примере AMPCOLOY® 83.

• Измельчение зерен: При измельчении зерен в структуре образуется более мелкое и мелкое зерно путем соответствующей термической обработки или затравки расплава. Хотя влияние на прочность довольно мало, медные сплавы будут прочнее при меньшем размере зерна. Это связано с тем, что более мелкие зерна имеют большее отношение границ зерен, и чем больше границ зерен, тем выше прочность. На приведенном ниже графике показана зависимость размера зерна от прочности на растяжение и относительного удлинения для полосы из латуни.

Повышение: прочности и пластичности

При дисперсионном отверждении образуются мельчайшие из возможных, равномерно распределенные частицы. Для этого сплав нагревают до растворения всех элементов, необходимых для осаждения. Затем сплав закаливают, чтобы предотвратить диффузию, и атомы сплава остаются пересыщенными в однофазном твердом растворе. Затем материал снова закаляют для достижения контролируемой диффузии. Образуются осадки, которые служат препятствием для движения дислокаций. Таким образом, обрабатываемый материал обладает высокой прочностью при сохранении пластичности.

Таким образом, дисперсионное твердение оказалось наиболее адекватным способом достижения оптимального сочетания прочности и пластичности в сплавах на основе меди.