Прогнозирование ресурса конструкционных материалов с учетом поверхностных эффектов и коррозионных факторов, вызванных абсорбцией водорода из внешней среды

Объектом исследования являются современные конструкционные материалы, элементы трубопроводных систем, транспортирующих водородосодержащие среды. Современные материалы характеризуются наличием в них сверхмалых концентраций водорода. При этом возникают трудности в точном их измерении. Большинство современных приборов не приспособлены для точного измерения концентрации водорода менее 0,3 млн-1. При этом важны не только результаты анализа однократного измерения массовой доли водорода, но и распределение водорода по объему метала и энергиям связи. Цель работы заключается в прогнозировании ресурса конструкционных материалов с учетом поверхностных эффектов и коррозионных факторов, вызванных абсорбцией водорода из внешней среды. На данном этапе выполнения темы применены согласованные экспериментальные, теоретические и прикладные методы исследований. Предложена методика определения сверхмалых концентраций водорода в алюминиевых и титановых сплавах, сталях и материалах для аддитивных технологий на основании данных высокотемпературной вакуум-экстракции водорода с использованием промышленного масс-спектрометрического анализатора водорода АВ-1. Теоретически установлено, что разрушение протекает по декогезионному механизму водородной хрупкости вызывая трещины, что объясняет наблюдаемый экспериментально хрупко-пластический характер разрушения водородонасыщенных образцов. В части прикладных исследований использованы аналитические подходы механики сплошной среды, подтвержденные численными расчетами свободных колебаний трубы магистрального газопровода с неоднородностью материала, вызванной водородной коррозией. Результатами работы по теме и их новизной являются разработка методик исследования пространственно-энергетического распределения сверхмалых концентраций водорода в новых материалах; исследование эффективных характеристик материалов со сложной микроструктурой с помощью методов гомогенизации; исследование материалов с микроструктурой, образованной под воздействием водорода; оценка влияния водородной коррозии на прочность и динамические свойства магистральных трубопроводов, контактирующих с водородосодержащей средой. На основе экспериментальных данных продемонстрирована важность проблемы адсорбированного на поверхности водорода и его влиянии на механические свойства конструкционных материалов. Определены критические концентрации водорода в ряде современных конструкционных материалов. Область применения результатов заключается в создании единого теоретико-экспериментального согласованного подхода к водородной диагностике конструкционных материалов. С определением эффективных характеристик материалов этот подход предлагает модели экстракции водорода из новых материалов как диффузии водорода из пор и структурных неоднородностей в металле. На их основе с помощью экспериментальных методик создается база данных содержания водорода в современных сплавах и уровней критических концентраций содержания водорода в новых материалах. В качестве рекомендации по внедрению результатов проведенных исследований указано на необходимость приведения существующей нормативной документации по определению и нормированию содержания водорода в соответствие с реальными экспериментальными фактами.