A Fracture Mechanics Approach to Study Hydrogen Embrittlement in High Strength Martensitic Steels
Tid: Fr 2023-06-09 kl 09.00
Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Hållfasthetslära
Respondent: Armin E. Halilović , Hållfasthetslära
Opponent: Professor Covadonga Betegon, Universidad do Oviedo, Spanien
Handledare: Affiliated Professor Pål Efsing, Hållfasthetslära; Professor Jonas Faleskog, Hållfasthetslära; Senior researcher Carl F.O. Dahlberg, Hållfasthetslära
QC 230516
Abstract
Höghållfasta stål som utsätts väte upplever en försprödning där de mekaniska egenskaperna försämras som i sin tur kan leda till att komponenter går sönder långt innan dess livstid. Även om fenomenet har varit känt i över 150 år så är det inte klart vad som driver försprödningen.Målet med denna avhandling har varit att öka förståelsen för väteförsprödning i höghållfastamartensitiska stål. Eftersom en etablerad standard för provning på material som är känsliga för väteförsprödning saknas, har det första steget i avhandlingen varit att utveckla en experimentell numerisk metodik som ger reproducerbara resultat som i sin tur kan överföras från experiment gjorde i ett laboratorium till komponenter i drift. Förslag på ett första steg till denna metodik presenteras i Artikel I. Där observeras att det miljödrivna duktila-till-spröda övergångsområdetför den elastiskt-plastiska brottseghet erhålls för olika väteexponeringstider. Den föreslagn anumeriska utvärderingsmetoden gör det möjligt att eliminera behovet av att utföra avlastningarunder experimentets gång. Resultaten från denna metod korrelerar väl med standarder. Den föreslagna metoden appliceras sedan på två olika tillämpningsområden som presenteras iArtikel II och Artikel IV. I Artikel II används metoden för att utveckla ett ramverk som kan användas för att studera vätekinetiken framför en sprickspets under in-situ förhållanden vid fördröjd vätesprickning med neutronavbildning. I Artikel IV tillämpas den experimentella metoden på prover med olika crack tip constraints för att minska gapet för överförandet avresultat mellan laboratorieexperiment och komponenter i drift. I artikeln framgår det att den miljödrivna duktila-till-spröda övergångsregionen erhålls för samtliga provstavsgeometrier, samt att både de plastiska töjningarna och den hydrostatiska spänningen spelar en kritisk roll för väteförsprödning. Resultaten från Artikel I används sedan som grund för det numeriska modell som presenteras i Artikel III. Här presenteras en konceptuell modelleringsmetodik som innefattar två separata brottmekanismer som observerades i experimenten som presenteras i Artikel I. För att fånga upp hela spektrumet av J-R kurvor måste både en duktil och en sprödbrottmekanism användas. Dessutom för att fånga lutningen av de nedbrutna J-R-kurvorna, är det nödvändigt att använda en degradering av sprickenergi, kohesionsstyrkan såväl som den töjningsdrivna kärnbildningen.