DIFFUSION VON WASSERSTOFF IN STAHL MIT INNEREN HOHLRxUMEN*

VON H.-G. ELLERBROCK,t G. VIBFtANSf’ und H.-P. STtlWEt

Der Diffusionskoeffizient des Wasserstoffs in Eisen ist bei h6heren Temperaturen gut beksnnt. Bei Raumtemperetur dagegen weichen die Angaben verschiedener Autoren sowohl voneinander als such von den von hoher Temperetur extrapolierten Werten erheblich ab. Als Erkliirung wird sngenommen, daI3 sich der Wasserstoff als Gas in Hohlrliumen ausscheidet. Diese Vorstellung liegt nahe (sie ist die einfachste Form der schon oft vermuteten “Fallen”); sie fiihrt aber zu solchen mathematischen Schwierigkeiten, da13 nur numerische Rechnungen ausgeftirt wurden. Das Model1 wird auf die Ver- suchsbedingungen verschiedener Autoren angewandt, die Wasserstoffdiffusion gemessen haben. Die tfbereinstimmung der Messungen mit dem Rechenergebnis zeigt, da13 instationiire Diffusionsvorgilnge tatstiohlich mit den von hohen Temperaturen extrepolierten Diffusionskoeffizienten beschrieben werden ktinnen, wenn man die Gegenwart von Hohlr&umen im Eisen beriicksichtigt.

DIFFUSION OF HYDROGEN IN IRON WITH CAVITIES

The diffusivity of hydrogen in iron is well known for high temperatures. At room temperature, however, the experimental results of various authors differ from each other as well as from the extra- polated high temperature values. As an explanation we propose that the hydrogen precipitates in cavi- ties. This is a tangible form of the “traps” which have been postulated by various authors. Computa- tions of diffusion with this model are so difficult, that only numerical methods are used, which are applied to the published experiments of several authors. The computed and the measured diffusion agree satisfactorily. This shows that the diffusivity as extrapolated from high temperatures applies also at room temperature, if-for instationary diffusion-the influence of cavities is taken into account.

DIFFUSION DE L’HYDROGENE DANS LES ACIERS CONTENANT DES CAVITES

Le coefficient de diffusion It haute temp&ature de l’hydrog6ne dans le fer est bien connu. Cependant , les coefficients de diffusion aux basses temperatures don&s par diffbrents auteurs prbsentent une large dispersion et ne sont pas en accord 8vec les valeurs obtenues par extrapolation des r&ultats correspon- dant aux hautes tempbratures. Ceci s’explique par la presence des cavit6s qui se remplissent d’hydro- g&ne. Ces oavit6s sont donc une forme tangible des “pi&ges”, suppos6es d6j& par plusieurs auteurs. La diffusion est calculbe suivant oe modble. Ceci conduit B des difficult& mathbmatiques consid&ables et par con&quent , seuls des calculs num&iques ont pu &re effect&s. Le modhle est appliqu6 aux expbriences de diff&rents auteurs dans lesquelles la diffusion de l’hydroghne a 6t6 mesur6e. L’accord entre les r6sultats exp&imentaux et thboriques montre que le processus de diffusion non-stationnaire peut Btre expliqu6 en effet Q l’aide du coefficient de diffusion extrapol6 B partir des valeurs correspondant aux hautes tem- pbratures, si on tient compte de l’existence de cavitCs dans le fer.

EINLEITUNG Weil Diffusion und Lijslichkeit von Wasserstoff in

Zur Diskussion von Diffusionsproblemen braucht Stahl fcr die Wassersto~verspr~dung wichtig sind, man gewahnlich die Lijslichkeit und den Diffusion-

koeffizienten. Beide hLngen exponentiell von der hat man zahlreiche Versuche unternommen, in diesem

Temperatur ab, so daB man sich durch Extrapolation System beide GrSBen such bei Raumtemperatur zu

leidlich verllifiliche Rechengrijl3en such fiir niedrige messen. Obwohl die Ergebnisse sehr stark streuen,

lassen Bild 1 und Bild 2 doch erkennen: Temperaturen beschaffen kann, bei denen sie sich

nur schlecht direkt messen lassen. Die Bilder 1 und 2 1. Stahl nimmt bei Raumtemperatur-zumal bei

zeigen z.B., da13 bei hiiheren Temperaturen die hohen Drucken-vie1 mehr Wasserstoff auf, als die

Liislichkeit von Wasserstoff in Stahl gut beschrieben Extrapolation der Lijslichkeitskurve erwarten 1iiBt.

wird durch die Gleichung 2. Der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff in

Stahl scheint bei Raumtemperatur vie1 niedriger zu -

J

c,, = 63 Ncm3/100 g sein, als die Extrapolation der Hochtemperatur

c = cg ?. e-QIRT. Q = 6860 cal/Mol (1) werte erwarten 1B;Bt.

PO p. = 1 At. Der anomal hohe Wasserstoffgehalt des Stahls bei

Raumtemperatur konnte von Hofmann et ~~(5.6)

und die Diffusion von Wasserstoff in Stahl durch die erkliirt werden. Da niimlich-wie Dichtemessungen

Gleichung zeigen technische StSihle stets kleine Hohlrfiume

D = DoePQIRT; D, = 6,4 * 10” cm2/sec enthalten, mu13 man zu dem im Gitter gel&ten

Q = 2100 cal/Mol. (2) W asserstoff noch den in den Hohlr&umen enthaltenen

gasfijrmigen Wasserstoff addieren, der bei Effusions-

* Received April 5, 1971. versuchen mitgemessen wird. Sein relativer Anteil t Mitteilung aus dem Institut fiir Werkstoffkunde und

Herstelhmgsverfahren der Technischen Universitiit, Braun- nimmt bei hohen Driicken und vor allem bei niedrigen

schweig, West Germany. Temperaturen sehr stark zu.

ACTA METALLURGICA, VOL. 20, JANUARY 1972 53

64

Temperatur in “C

Kehrwert der absolutes, Temperotur in IO’PK

B&D. 1. LBsliehkeit von Wasserstoff in Eisen und Stahl. Gemden barechnet nach Phr&gmen.(l’) lirtrre I :

I atm. Kurv0 2: IO@ z&n.

Temperatur in “C

loo0 600 400 250 so xi IO 0

Kehrwert der absaluten Temparatur m 10y” K

&LD. 2. Diffnsionskoettizienten von Wasserstoff in Risen und Stahl. Angaben des Sohrifttutns.

Die Bilder 3(a), (b) und 4(e), (b) zeigen bei 20 und 400°C fiir verschiedene Porosit&ten den Gesamt- w~~sers~ff~~halt im Stahl als Fxmktion des Druckes, Der atomar gel%te Anteil gehorcht Gf. (I) [bzw. Gl. (lo)] und wird durch die Einhiillende auf der linken Bildseite dargestel~t. Man sieht, da13 z.B. bei 20°C 10 Atm und O,l% Hohlraumanteil der Gesamt- gehalt 0,13 Ncm3/100 g betriigt, wsihrend im ideal dichten Werkstoff nur 0,0013 Nom3/100 g aufgenom- men werden. Bei Raumtemperatur ist demnach stets der me&&e im Stahl vorhandene Wasserstuf?? ala Gas in ~ohlr~umen eingeschlossen. Bei hijheren Temperaturen spieIen die HohMume dagegen erst bei hohen Driieken eine Rolle. Es war zu vermuten, daB such die Anomalie des Diffusionskoeffizienten mit diesen Hohlr&umen zusamm%nh~ngt. Die Hohlr~um~

IO?

Geeamtwosserstff~~gehait in Ncm%)Og

BILD. 3(a). Aussoheidungsdfuck in Abhangigkeit vom Wasserstoffgchalt in Eisen verschiedener Porigkeit bai

20°C. Waseerst.off als idsales Gas,

lo3w ’ I I I I I ,0--i 102 i I* id IO3 104 IO’

Gesamtwasserstoffgehait in Ncm3/100g

BILD. 3(b). Aussohoidungsdruok in Abhhngigkeit vom W~~ersto~geh~l~ in Eissn verschiedener Porigkeit bei

400°C. Wasserstoff als id&es Gas.

wirken bei Beladungsvers~chen als zeitlich vergnder- liehe Senken fiir das eins~l~~mende Gas. Bei einem ~ffus~onsversuch wirken die gefiillten Poren umgekehrt als zeitlieh ver&derIiehe Gasqueflen. Die Di&.xsicm von Gasen in Gegenwart von Quellen und Se&en wurde schon mehrfach behandelt.~1g-21) Da in diesen Arbeiten jedoch kein konkretes Model1 vorausgesetzt wurde, mu&e die Ergiebigkeit der Quellen und Senken durch willkirlich angesetzte ‘~Ei~angwa~scheinlich~ k&en’” beschrieben werden. Dies ist im folgenden nicht n&ig.

Der Vo~umenan~i~ der HohKume betrggt gewshn- lich nur wenige Promille. Stationiire Diffusions- vorg&nge so&en durch so Seine Hoh~aum~olurn~n~ nicht merklich beeinfiuBt werden. Die vorliegende Arbeit zeigt aber, da6 instationgre Vorg&nge dann ganz anders verlaufen. Da gerade bei tiefen

ELLERBROCK et al.: DIFFUSION VON WASSERSTOFF IN STAHL 55

Geromtwasserstoffgehalt in Ncm3/100g

BILD. 4(a). Ausscheidungsdruck in Abhiingigkeit vom Wasserstoffgehalt in Eisen verschiedener Porigkeit bei

20°C. Wasserstoff als realm Gas.

I IO 102 I@ 104

Gesomtwasserstoffgehalf !n Ncm3/100g

BILD. 4(b). Ausscheidungsdruck in Abhlngigkeit vom Wasserstoffgehalt in Eisen verschiedener Porigkeit bei

400°C. Wasserstoff als reales Gas.

Temperaturen die meistenDiffusions experimente

instationar gefiihrt werden, gelten fiir sie die Betrach-

tungen dieser Arbeit. Als Beispiel wird die Diffusion

von Wasserstoff in Stahl behandelt, weil hierzu die

meisten Experimente vorliegen. Die Uberlegungen

gelten jedoch allgemein fiir in Metallen gekiste Gase

(vgl. z.B.(l*) iiber Deuterium in Silber).

ZUM MODELL

Bild 5 zeigt schematisch ein Stuck Metall, in das

von links (aus der Atmosphare) ein Gas eindiffundiert.

Das Metal1 enthiilt kleine allseitig abgeschlossene,

gleichm&Big im Material verteilte Hohlriiume. Ihr

Gesamtvolumen sei so gering, da13 sie im stationiiren

Zustand den Transportvorgang kaum beeinflussen

(etwa durch Verkiirzen des Diffusionsweges). Der hier

o 0 Metall

0 Cl 00

Diffusionsweg

BILD. 5. Zur Modellvorstellung.

Ausgangskonzentration des Stahles ist 0 und niihert

sich-von der Oberfkache her-erst allmiihlioh der

station&en Konzentrationsverteilung. Das eindiffun-

dierende Gas wird nicht nur dazu verbraucht, die

Konzentration im Inneren des Metallgitters zu

erhohen, sondern such dazu, in den Poren jeweils den

Gasdruck aufzubauen, der der Konzentration in der

Umgebung der Pore entspricht.

Fur den Transport der Gasatome gilt deshalb die

Gleichung

ah + CA at = div D grad ci

Hierin bedeuten D den Diffusionskoeffizienten, ci die

Konzentration des im Gitter gel&ten Gases und cs den

Beitrag des in den Poren ausgeschiedenen Gases zur

megbaren Gesamtkonzentration. Setzt man voraus,

da13 sich das Gas in den Hohlraumen stets mit der

Konzentration des Gitters im Gleichgewicht betlndet,

d.h. da13 die Grenzflachenreaktion schnell ablauft, so ist

ac, ac, acl -= -- at acl at

(34

Gl. (3) li113t sich dann umformen zu:

ac, i -_= at

- div D grad c1 (4)

ca ist gegeben durch

V c2=fyMC (5)

ma

Darin ist f der Volumenanteil der Poren im Metall,

V’,,, und V- die Volumina von ie ein a-Atom Metal1 betrachtete Vorgang ist jedoch instationiir: die _I ~i’D

56 ACTA METALLURGICA, VOL. 20, 1972

~~a~efstoff~~tt in iVcm3/lo0 g

BILD. 6(a). Verhiilitnis des seheinberen zum wahren Diffusionskoeffizienten von Wasserstoff in Eisen in Abhitngigkeit vom Wasserstoffgehalt fiir mehrere Porositliten bei 20°C. Wasserstoff als ideales Gas.

lO-2 lo-’ 1 10 to’ 103 104 105

Gesomfwassersfoffgeh in Ncm3/ 1UOg

BILD. 6(b). Verhiiltnis de;s scheinbaren zum walxen Diffusio~koeffizienten van Wasserstoff in Eisen in Abh~n~igkeit vom Wasse~toffgehalt fiir mehrere PorositSaten bei 400°C. Wasserstoff

da idea&s Gas.

und Gas. Fiir wasserstoff als ideales fur gilt:

V RT -- g&8 - 2P

(6)

Schreibt man statt Gl. (4):

a% D - = -,..--- div grad cr at

cl ist, wie in 01. (1) angesetzt, fur verdiinnte LSsungen 1+2

zweiatomiger Gase der Wurzel aus dem zugehijrigen 1

dann ist Gleiohgewiehtsdruck p proportional. Daraus folgt :

ac -F = Gus ac,

(7)

(8)

mit

K( 7’) = 4 $? 9 $QIRr ein “scheinbarer Diffusionskoeffizient”, der von der Konzentration cr abhangt. Diese Bezeichnung kann

0 allerdings leicht irrefiihren, denn bei einem wirk- Die beiden Seiten der Gleichung (4) sind nur fiir lich konzentrationsabhangigen Diffusionskoeffizienten instationare Vorgange von 0 verschieden. Dann w%xe die Umformung von Gl. (4) in G-1. (8) nicht weicht der Diffusionsvorgang urn so stgrker vom erlaubt. I)* gilt nur fiir instation&re Vorgange. In Fiekschen Gesetz ab, je grol3er der Wert &,j&, ist. den Bildern 6(a) und 6(b) ist 1)*/D fiir em ideales Gas

ELLERBROCK et al.: DIFFUSION VON WASSERSTOFF IN STAHL 57

Gesomfwmscrs/offge~o/f in Ncm3/100g

BILD. 7(a). Verhiiltnis des scheinbaren mm wahren Diffusionskoeffizienten van Wesserstoff in Eisen Abhhngigkeit vom Wasserstoffgehalt fiir mehrere Porositiiten bei 20°C. Wesserstoff als reeles Gas.

Gesamfwasserstoffgehalt in Ncm3/lOOg

BILD. 7(b). Verhiiltnis des scheinbaren mm wahren Diffusionskoeffizienten van Wasserstoff in E&en in Abhangigkeit vom Wrtsserstoffgehalt fiir mehrere Porositiiten bei 400%. Wasserstoff rtls reales Gas.

fiir verschiedene Drucke und zwei Temperaturon

aufgetragen.

Beladt man Metalle bei hohen Temperaturen mit

Gas und kiihlt sie dann auf Raumtemperatur ab, so

kiinnen in den Poren Drucke von vielen tausend

Atmospharen entstehen. Man muB dam1 beriick-

sichtigen, da13 man es mit realen Gasen zu tun hat.

Gleichung (6) ist also zu ersetzen durch

V RT

gae = rpSa

wobei fiir Wasserstoff a = 7,s cm3/g.u7)

Gleichung (1) ist fiir Wassrstoff in Stahl zu ersetzen

durch :tz2)

J -

Cl = co x e-_(&--vP)lRT

PO (10)

ca = 63 Ncm3/100 g

p0 = 1 At.

Q = 6860 cal/Mol

v = 0,142 cal/Mol At

Mit diesen Gleichungen erhiilt man analog zu den

Bildern 3 und 6 die in den Bildern 4 und 7 gezeigten

Kurven. Merkliche Unterschiede zwischen den Bildern

3 und 4 bzw. 6 und 7 ergeben sich erwartungsgemais

nur bei hohen Drucken.

58 ACTA METALLURGICA, VOL. 20, 1972

LijSUNGEN FijR GLEICHUNG (4)

Selbst im Giiltigkeitsbereich der Gleichung (7) la&

sich Gleichung (4) nicht so integrieren, da3 ein

iibersichtliches Ergebnis entsteht. Deshalb wurden

fiir die Effusion durch die Mantelflache eines unendlich

langen Zylinders und durch die Oberflache einer

Kugel numerische Losungsverfahren vorbereitet und

fiir die Rechenanlage ICL 1907 programmiert.

Ein gewisser Hohlraumanteil f wird vorausgesetzt.

Ferner wird vorausgesetzt, da3 die Probe zu Versuchs-

beginn gleichmaBig mit einer vorgegebenen Gesamt-

konzentration c1 + cs beladen ist, wahrend in ihrer

Umgebung Vakuum herrscht. Das Ergebnis ist in

beiden Fallen die effundierte Gesamtmenge ala

Funktion der Zeit.

Zur Durchfiihrung der Rechnung ist es notig, Gl. (4)

ala Differenzengleichung anzunahern. Dazu miissen

geeignete Ortsschritte Ax und Zeitschritte At

gewahlt werden. Eine eingehendere Untersuchung

zeigt, da3 es zur Vermeidung rechnerischer Instabi-

lit&ten erforderlich ist, daB

At< (h2)2 - 20

(11)

Da die Effusion rasch beginnt und dann immer lang-

samer wird (wahrend gleichzeitig der Konzentrations-

gradient abnimmt!), ist es zweckmaBig, die Intervalle

Ax (und damit At) im Laufe der Rechnung stetig zu

vergrol3ern, urn bei vertretbaren Rechenzeiten zu

bleiben.

Ferner wurde in der gleichen Weise die Diffusion in

einem Halbraum mit inneren Hohlraumen untersucht.

Zu Versuchsbeginn ist die Konzentration im festen

Kiirper null, in der Atmosphare herrscht der Druck p.

Berechnet wird das Konzentrationsprofil im Halb-

raum nach der Zeit t.

VERGLEICH MIT DEM EXPERIMENT

Die Bilder 8-13 zeigen gemessene Effusionskurven

verschiedener Verfasser und die zugehorigen von uns

berechneten Kurven. Einzelheiten sind in Tabelle 1

zusammengestellt. Zur Rechnung wurde der Diffu-

sionskoeffizient aus Gl. (2) entnommen, Gl. (9) und

(10) wurden beriicksichtigt. Der Volumenanteil der

Hohlraume wurde in Bild 8 und 9 so gewahlt, da13

berechnete und gemessene Kurven gut iibereinstim-

men. Er ahnelt den an anderen Proben gemessenen

Werten (vgl. Tabelle 1). In den Messungen zu Bild

10 war f dagegen bekannt, da der Autor die Dichte

seiner Proben gemessen hatte (der Rontgendichte

7,8744 g/cm3 wurde die Porositat f = 0 zugeordnet).

Bier gab es also in der Rechnung keinen frei verfiig-

baren Parameter.

erkstoff Stahl Ck 22 N usgongsmenge IO Ncm’

Zelt I” Stunden

BILD. 8. Wasserstoffabgabe zylindrischer Proben aus dem Stahl Ck 22 N bei 20°C und -45°C naoh Vibrans.c6i Berechnete Kurven: 1: D = 1,6. 10-5cmz/sec; f =

0,05x. 2: D = 7,2 . 10-Bcm2/sec; f = 0.05%.

O%Einschnurunga 0.

16%Einschnirrung G

0.1 I IO 100 1000

Zeit in Stunden

BILD. 9. Wasserstoffabgabe zylindrischer Proben eines unlegierten Stahles bei 30°C nach Boniszewski und Moreton.“4’ Berechnete Kurven: 1: D = 2,l . 1O-6 oma/ set; f = 0,05%. 2: D = 2,l . 1O-5 cm2/sec; f = 15%.

Porenvol”me”

100 IO00

Zeit I” Tagen

BILD. 10. Wasserstoffabgabe zylindrischer Proben aus Reinsteisen bei 20°C nach Lange.fBSi Berechnete Kurven: 1: D = 1,s. lo-5cma/sec; f = 0,065x. 2: D = 1,8. 1OM6 cm%/sec; f = 0,17 %. f = o,5g. D = I,8 . 1O-5 cm*/sec;

ELLERBROCK et aE.: DIFFUSION. VON WASSERSTOFF IN ST.&HI> 69

01 ! II, I,i I I

0.1 / 10 100 IO00

Zelt I” Stunden

BILD. 11. Wasserst,offabgahe zylindrischer Proben aus Reinsteisen und 4 verschiedenen weiohen unlegierten Stahlen im Anlieferungnzustand bei 23’C naeh Evans.‘25’ Berechnete Kurven: 1: D = 1.9. lo-“cm*/sec; f = 0,02x. 2: D = 1,9 * lo-5cnqsec; f = O,l%. 3: D = 19. lo-~nma@x?; f = 0,08X. 4: D = 1,9. lo-“cm~i

v 46.2% kcltverf

/ IGO 100

Zelt in Stunden

BILD. 12. W~sersto~abgabe zylind~ischer Proben aus Reinsteisen und ~tersohiedlich kaltgewalztem Stahl 6203 bei 23°C naoh Evans.‘25) Berechnete Kurven: 1: D = 1,9. 10e5 om2/sec; f = 0,02x. 2: l> = 1,9. 1O-5

Schmelze 6204

0 Anltefer ~“$1

.22,5% kaltverf

X743,8% koltverf

Zest m Studen 0 30 60 90 120

BILD. 13. Wasserstoffabgabe zylindrischer Proben aus Reinsteisen und untorschiedlich kaltgewalztsm Stahl 6204 bei 23°C nach Evans.‘as) Berechnete Kurven: 1: D = 1,9 . 10-b cmz/seo; f = 0,02%. 2: D = 1,9 . 10-S cm*/sec;

f = 0,1x. 3: D = 1,9. 1O-5 ome/sec; f = O,OS”/~. 4:

Zeit in Minuten

D = 1,Q . lob5 om2]seo; f = 0,16x.

BILD. 15. EinfluD der Zeit auf die Wasserstoffaufnahme des Stahles Ck 22 N in Druckwasserstoff wahrend und naoh einer plastischen Verformung im Zugversuch naoh.‘e7*z*’ Bereohnete Kurve: D = 1,9 . 10-S oma/sec;

f = 0,1x.

Keckgrad 10.3 %

Zeichenerklorung

0 2323 -C 030+_3”C

Dicke der abgeschliffenen Oberflbchenschicht In l/lO~~~

BELD. 14. Wasserstoffaufnahme des Stables Ck 22 ,N in Druckwasserstoff wahrend einer plastischen Verformung im Zugversuoh nach Frieke et ~zl.~~‘*~~) Berechnet#e Kur- ven : 1: I) = 2,1 lo--” ems/see; f = 0,1x. 2: D :

1,s . 1O-5 cma/sec; f = 0,l F.‘,.

Die Messungen in Bild 11-13 an Reinsteisen heBen

sich mit einem Hohlraumanteil von 0,02qi& erkliiren.

Die MeBpunkte fur Stahl lieBen auf einen Hohl-

raumanteil von 0,08-0,12°/0 schliegen. Die Autoren

hatten eine relative Dichteabnahme der Stahlproben

gegeniiber Reinsteisen von etwa 1),06 bis O:l%

gemessen.

Zur Wiirdigung der ffbereinstimmung zwischen

gemessenen und berechneten Kurven mu8 man

bedenken, da13 z.B. die Kurve 1 in Bild 10 ohne

Beriicksichtigung der Porositiit urn mehr als zwei

GrliBenordnungen nach links verschoben ware. So

gesehen, erscheint uns die ~bereinstimmung ~011

befri~digend und als starke Stiitze fur die G~ltigkeit

der gemachten Annahmen.

60 ACTA METALLURGICA, VOL. 20, 1972

TABELLE 1. We&t&e, Probenformen und Bedingungen der in den Biidern S-13 dargestellten Effusionsversuche.

Geometrie fiir

Autor Material Probenform Beladung Tzrrusion Gehalt Rechnung Porositiit f Bild Zitat

Vibrans 20°C cu. Unendlich 0.05 % 8 5 Ck 22 Zylinder $=Bmm Liinge 28 mm

und -45°C

10 Ncm3/100 g langer angel&% Zylinder

Boniszewski und Moreton

Unlegierter Stahl 0,lO C, 0,41 Xn USW.

Zylinder

2 5 “25m;1 (a) ungereckt (b) gereokt

140 at 200- 500°C

1 at

1000*C

100 at

500°C

1 at

1OOO~C

30°C co. Unendlich 0,05 ‘A 5 Ncm*/lOO g lenger

Zylinder g l4

Lange Reinsteisen Zylinder +=lOmm Lm15mm sus Zugproben herausgear- beitet

20°C co. Kugei 7,6 Ncm3/100 g gleicher

Masse 10 23

Evans und Rollsson

Reinsteisen und 4 ver- schiedene Stiihle

Zylinder 4 = 6,35 mm L = 25.4 mm

23°C co. 40°C 61°C

4 Ncms/lOO g Unendheh 0,02x langer 12 24

84°C Zylinder

* Die Porosit&t des Reinsteisens ist angepaijt. Die auf die Diohte des Reinsteisens bezogene Dichte der Stshlproben ist gemes- sen und ~1s relative Dichte&bn~hm0 sngegeben.

5 160 8 = 0” 0, a 120

“E P

mE ; 80

“0 - s 40

% Reckze!? 33 Minuten

‘, & E : 0 40 80 120 160

Wasserstoffdruck m al Y

BILD. 16. Abhiingigkeit der Wasserstoffaufnahme des Stahles Ck 22 N vom Wasaerstoffdruck w&hrend einer pfastischen Verformung im Zugversueh naoh.(s7**s) Be-

rechnete Kurve: D = I,9 * IO--$ cme/sec; f = 0,l %.

Einen weiteren Vergleich zwischen Theorie und Experiment erlauben die Messungen von Fricke et ~~.(27.~) Hier wurden Zugproben aus Ck 22 N unter Wasserstoffdruck gereckt und ntthmen dabei Wasser- stoff auf. Bild 14 zeigt die Verteihrng des Wasser- &offs unter der OberflPche solcher Proben, Bild 15 und 16 die gesamte ~ufgenommene Wasserstoff- menge aIs Funktion der Bel~dung~~eit bzw, des Beladungsdruckes. Die theoretischen Kurven fiir das Eindiffundieren in einen Halbraum, die alle Mel)wcrte gut beschreiben, aind mit einem e~eitliehen Ho~r~um&n~il-~ = 0,l %--berechnet worden, der gut zu den Werten der TabeIle I pa&.

1.

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