Rischio di infragilimento da idrogeno dei bulloni delle rotaie e controllo del processo di trattamento della deidrogenazione
Perché i bulloni ad alta-resistenza sono più suscettibili all'infragilimento da idrogeno rispetto ai bulloni normali?
I bulloni ad alta-resistenza vengono sottoposti a tempra e rinvenimento, risultando in una struttura di martensite rinvenuta con elevata durezza ma significativa distorsione reticolare. Questa struttura "intrappola" fortemente gli atomi di idrogeno, che si accumulano facilmente nei difetti del reticolo. I bulloni ordinari hanno una durezza inferiore e una struttura in ferrite-perlite, che consente una rapida diffusione dell'idrogeno e previene l'accumulo di alta-pressione. Sotto stress da trazione, gli atomi di idrogeno accumulati nei bulloni ad alta resistenza provocano un forte calo della plasticità, portando a una frattura improvvisa e fragile senza deformazione significativa, nota come infragilimento da idrogeno.
Quali sono le differenze frattografiche tra infragilimento da idrogeno e normale frattura per fatica?
Le fratture da infragilimento da idrogeno presentano superfici cristalline di colore grigio brillante senza evidenti deformazioni plastiche, tipiche della rottura fragile. Sono spesso visibili zone chiare di propagazione delle cricche con tassi di crescita estremamente rapidi. Al contrario, le fratture per fatica mostrano origini di fatica distinte, striature di fatica e zone di rottura finali, con colori più scuri e deformazione plastica nella zona finale. L’infragilimento da idrogeno si verifica all’inizio del servizio senza preavviso; la frattura per fatica si sviluppa gradualmente dopo vibrazioni a lungo termine-. L'analisi frattografica consente ai tecnici di identificare rapidamente la causa del guasto.
Quali sono i parametri fondamentali del processo di deidrogenazione e come controllarli con precisione?
I parametri fondamentali sono la temperatura e il tempo di mantenimento, che devono essere controllati sinergicamente. Per i bulloni dei binari, la temperatura di deidrogenazione standard è tipicamente compresa tra 190 gradi e 220 gradi. Le basse temperature non attivano sufficientemente gli atomi di idrogeno per la diffusione; le alte temperature riducono la durezza e la resistenza dei bulloni. Il tempo di tenuta varia dalle 8 alle 24 ore, a seconda del materiale e dello spessore effettivo. Dal punto di vista del processo-, la cottura della deidrogenazione deve iniziare entro 4 ore dalla galvanica per impedire all'idrogeno di diffondersi in profondità nella matrice di acciaio.
Quali trattamenti superficiali comportano rischi di infragilimento da idrogeno e quali sono relativamente sicuri?
Wet electroplating processes like electro-galvanizing and electro-cadmium plating are high-risk, as hydrogen ions in the plating bath reduce at the cathode and penetrate the bolt. In contrast, hot-dip galvanizing, Dacromet coating, and mechanical galvanizing are low or zero-hydrogen processes with minimal risk. Ultra-high-strength track bolts (tensile strength >1000MPa) è generalmente vietato l'uso dell'elettro-zincatura. I progetti di ingegneria dovrebbero dare priorità al Dacromet o alla zincatura a caldo-per eliminare l'infragilimento da idrogeno alla fonte.
Come prevenire le fratture dei bulloni indotte dall'infragilimento da idrogeno-in-cantiere?
In primo luogo, richiedere ai produttori di fornire registrazioni del processo di deidrogenazione e rapporti di prova durante l'approvvigionamento; vietare l'uso di bulloni ad alta resistenza-non trattati. In secondo luogo, evitare un eccessivo decapaggio o una rimozione della ruggine elettrolitica catodica durante la costruzione, poiché questi reintroducono idrogeno. Se durante l'installazione si verificano rotture tardive, richiamare immediatamente il lotto. Inoltre, esegui regolarmente test non-distruttivi sui bulloni critici per rilevare le prime crepe dovute all'infragilimento da idrogeno. Un rigoroso controllo della fonte e una gestione dei processi sono fondamentali per prevenire tali incidenti.