Оцінювання впливу водню на механічні характеристики складнолегованого нікелевого сплаву

Abstract

Досліджено вплив водню за тиску до 30 MPa та вмісту до 20 wppm на міцність, пластичність, малоциклову довговічність, короткочасну та довготривалу статичну тріщиностійкість п’яти модифікацій сплаву Ni56Cr17Mo6Nb4 (ХН56МБЮД) (ЕК-62), які відрізняються способами металургійного переплаву, хімічним складом та режимами термічної обробки. Встановлено, що в’язкість руйнування у повітрі та водні знижується зі зменшенням зерна і зростанням границі текучості та твердості НRC, що дає можливість прогнозувати зміни тріщиностійкості за вимірюваннями твердості поверхні деталей під час експлуатації у водні. Оптимальне поєднання високої міцності, пластичності, короткочасної та довготривалої статичної тріщиностійкості у повітрі та водні досягнуто у легованої бором (0,005 mass.%) та цирконієм (0,044 mass.%) модифікації. За випробувань на довготривалу статичну тріщиностійкість на базі 100 h встановлено інваріантні характеристики тріщиностійкості – порогові значення KІHST рівні 15…35 MPa•m¹/² для різних модифікацій сплаву.

Исследовано влияние водорода при давлении до 30 MPa и содержания до 20 wppm на прочность, пластичность, малоцикловую долговечность, кратковременную и длительную статическую трещиностойкость пяти модификаций сплава ЭК-62 (ХН56МБЮД), которые отличаются способами металлургического переплава, химическим составом и режимами термической обработки. Вязкость разрушения в воздухе и водороде снижается с уменьшением зерна и ростом предела текучести и твердости НRC, что позволяет прогнозировать изменения трещиностойкости по измерениям твердости поверхности деталей в процессе эксплуатации в водороде. Оптимальное сочетание высокой прочности, пластичности, кратковременной и длительной статической трещиностойкости в воздухе и водороде достигнуто в легированной бором (0,005 mass.%) и цирконием (0,044 mass.%) модификации. При испытаниях на длительную статическую трещиностойкость на базе 100 h установлено инвариантные характеристики трещиностойкости – пороговые значения KІHST, равные 15…35 MPa·m¹/²

для различных модификаций сплава.

The influence of hydrogen under pressure up to 30 MPa and content up to 20 wppm on strength, plasticity, low-cycle fatigue, short-term and long-term crack growth resistance of five modification of Ni56Mo6Nb4 (ХН56МБЮД) (ЕК-62) nickel alloy, prepared by different metallurgical technologies and with different chemical composition and heat treatment regimes was investigated. The fracture toughness in air and in gaseous hydrogen decreased with decrease of the grain sizes and increase of the yield strength, НRC hardness, allowing prediction of the change of the fracture toughness in operation in hydrogen by surface hardness change of the parts in service in hydrogen. Optimal correlation of high strength, plasticity, short-and longterm fracture toughness in air and in gaseous hydrogen was obtained in the modification alloyed with B (0.005 mass.%) and Zr (0.044 mass.%). During long-term crack growth resistance testing on the base of 100 h the invariant characteristics of static crack growth resistance – KІHST, which was equal to 15...35 MPa·m¹/² was established for various alloy modifications.