Infragilimento da idrogeno
L'infragilimento da idrogeno (HE) è un processo in cui i metalli, in particolare gli acciai ad alta resistenza, diventano fragili e si fratturano in seguito all'esposizione all'idrogeno. L'idrogeno atomico si diffonde nel reticolo metallico e ne riduce la resistenza. duttilità e la capacità di carico. I principali meccanismi proposti includono la decoesione potenziata dall'idrogeno (HEDE), che indebolisce i legami atomici, e la plasticità localizzata potenziata dall'idrogeno (HELP), che facilita il movimento delle dislocazioni e la rottura localizzata.
Il contesto tecnico dell'infragilimento da idrogeno riguarda l'ingresso di idrogeno atomico in un materiale suscettibile, spesso sottoposto a sollecitazioni di trazione. Le fonti di idrogeno sono molteplici e includono processi di produzione come galvanica, saldatura e decapaggio, nonché ambienti operativi che comportano corrosione o idrogeno gassoso ad alta pressione. Una volta all'interno del metallo, gli atomi di idrogeno, essendo molto piccoli, possono diffondersi rapidamente attraverso il reticolo cristallino. Tendono ad accumularsi nei siti di concentrazione delle sollecitazioni come le punte delle cricche, i bordi dei grani e le inclusioni.
Il modello HEDE suggerisce che questo accumulo di idrogeno riduca l'energia coesiva necessaria per separare gli atomi metallici, favorendo la frattura fragile lungo i piani cristallografici o i bordi dei grani. Al contrario, il modello HELP postula che l'idrogeno aumenti la mobilità delle dislocazioni, portando a un'intensa deformazione plastica localizzata e alla formazione di microvuoti che si fondono in una frattura. È ormai opinione diffusa che entrambi i meccanismi possano operare, a volte simultaneamente, a seconda del materiale, della temperatura e della concentrazione di idrogeno. Questa comprensione ha rappresentato una novità significativa, spostando la visione della frattura da un processo puramente meccanico a uno fortemente influenzato dalle interazioni chimiche a livello atomico, cambiando radicalmente il modo in cui i materiali ad alta resistenza vengono progettati e protetti.
UNESCO Nomenclature: 3308
- Scienza dei materiali
Precursori
- scoperta dell'elemento idrogeno da parte di Henry Cavendish
- sviluppo della teoria atomica di John Dalton
- comprensione della cristallografia e delle strutture reticolari metalliche
- prime osservazioni di guasti dei metalli nei processi industriali come il decapaggio acido
- sviluppo di metodi di prova meccanica per misurare la duttilità e la resistenza
Applicazioni
- sviluppo di leghe resistenti all'idrogeno per condotte e serbatoi di stoccaggio
- linee guida per la saldatura e la galvanizzazione di acciai ad alta resistenza per prevenire l'assorbimento di idrogeno
- criteri di progettazione per componenti nei settori petrolchimico e aerospaziale
- analisi dei guasti di bulloni, saldature e componenti strutturali esposti ad ambienti corrosivi
Idee e potenziali innovazioni
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