Влияние водорода на зоны сплавления металлов

Источником водорода при плавлении являются продукты диссоциации паров воды. Водород в газовой фазе может присутствовать в виде молекулярного, атомарного и ионизированного. Ионизация водорода происходит по реакции
Водород является вредной примесью. Он снижает пластичность и способствует образованию пор, и тем самым повышает склонность наплавленных слоев к образованию трещин особенно при повышенном содержании в металле хрома и никеля.

Различные металлы по-разному взаимодействуют с водородом. Одни из них (титан, тантал, ниобий, ванадий и др.) образуют с водородом химические соединения – гидриды (как правило, ухудшающие свойства металла). Многие гидридобразующие металлы сильно поглощают водород и в твердом состоянии. При более высоких температурах гидриды распадаются, вследствие чего водород может выделяться из металла (у титана при температурах более 7000С).
Ниобий Ванадий

Другая группа металлов (железо, никель, кобальт, медь) гидридов не образует. Водород адсорбируется этими металлами; при плавлении растворимость водорода резко повышается. (Адсорбция - самопроизвольный процесс увеличения концентрации растворённого вещества у поверхности раздела двух фаз вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции - десорбция.)
Никель Кобальт

Для ограничение содержания водорода необходимо -
1.Удаление и ограничение источников водорода;
2.Связывание газообразного водорода в стойкие при высоких температурах соединения;
3.Уменьшение растворимости водорода в жидком металле, в частности его окислением.

Методы удаления источников водорода сводятся к предварительной очистке вводимых материалов от водных окислов (например, ржавчины), их просушке от адсорбированной воды, очистке от жиров.
Окисленность металла приводит к снижению содержания в нем водорода. Поэтому хорошо раскисленный металл является более чувствительным к водороду газовой фазы и требует применения более сильных мер защиты.

Насыщение водородом жидкого металла отрицательно сказывается на его свойствах. Оставшийся в металле атомарный водород выделяется и накапливается у поверхности кристаллитов при кристаллизации, а также дефектов кристаллической структуры. Здесь атомы водорода воссоединяются в молекулы. Непрерывно образующийся молекулярный водород создает значительные давления, направленные во все стороны. В металле возникает объѐмное напряженное состояние, приводящее к снижению пластических свойств, а иногда к хрупкому разрушению. Такое состояние называют «водородной болезнью». Таким образом. Водород влияет на прочность металла, он усиливает вредное влияние макро- и микронесплошностей, способствует резкому снижению пластических свойств металла и его хрупкому разрушению.

Растворимость водорода зависят от температуры и парциального давления водорода (атомарного и молекулярного) в газовой фазе. Часть водорода со временем удаляется из металла диффузией, а часть остается в металле в различных несплошностях. И диффузионно-подвижный остаточный водород в целом ухудшают свойства соединений, в связи с чем, его количество в металле следует ограничивать. Ограничение содержания водорода в металле в основном достигается уменьшением парциального давления свободного водорода в газовой фазе при плавлении.

Особенно опасно наличие водорода в материалах, легированных элементами, расширяющими область аустенита (например, C, Ni, Mn и др.). Растворенный в этих материалах водород скапливается в переходной зоне, и возникают трещины.
Особенности устранения вредного влияния газов:
1. Защита жидкого металла от непосредственного контакта с воздухом.
2. Проведение процессов раскисления, легирования и рафинирования металла.
3. Улучшения теплового режима плавления путем снижения скорости охлаждения металла.
4. Поддержание устойчивости процесса плавления.
5. Обеспечение правильного формирование металла слоев.