Memahami Kelemahan Akibat Hidrogen: Penyebab, Dampak, dan Pencegahan
Kelemahan akibat hidrogen adalah hasil dari penyerapan hidrogen oleh logam yang rentan, yang mengakibatkan kehilangan duktilitas dan penurunan kemampuan menahan beban. Stres di bawah stres leleh bahan yang lemah dapat menghasilkan retakan dan kegagalan rapuh katastrofis. Kelemahan akibat hidrogen juga dikenal sebagai retakan yang diinduksikan hidrogen atau serangan hidrogen.
Pada suhu kamar, atom hidrogen dapat diserap ke dalam jaring logam dan difusi melalui kristal. Hidrogen yang diserap mungkin hadir baik dalam bentuk atom atau molekul tergabung. Terlepas dari bentuknya, atom atau molekul tersebut berpaduan untuk membentuk gelembung kecil di tepi kristal logam. Gelembung ini bertindai sebagai konsentrator tekanan, membangun tekanan antara kristal logam. Tekanan dapat meningkat hingga tingkat di mana logam memiliki duktilitas yang berkurang, menyebabkan terbentuknya retakan kecil di dalam bahan. Retakan ini intergranular. Artinya, retakan tumbuh di sepanjang tepi kristal logam. (Untuk lebih lanjut tentang subjek ini, lihat Gelembung Hidrogen dan Kelemahan Akibat Hidrogen: Penyebab dan Tindakan Pencegahan.)
Contoh kegagalan karena kelemahan akibat hidrogen ditunjukkan dalam gambar di bawah. Gambar kiri menunjukkan tampilan makroskopik bout baja yang dilapisi chromium yang retak. Gambar kanan menunjukkan gambar mikroskopi elektron pemindaian dari permukaan retakan. Tampilan beraspek di permukaan retakan menunjukkan indikasi retakan intergranular. Bout menjadi lemah akibat hidrogen selama proses plating elektro chromium.
Bout retak dan gambar mikroskopi elektron pemindaian dari permukaan retakan.
Ada tiga faktor yang diperlukan untuk kegagalan karena kelemahan akibat hidrogen:
- Bahan yang rentan
- Paparan ke lingkungan yang mengandung hidrogen
- Kehadiran stres tarik karena stres residu dan/atau stres yang diterapkan
Baja karbon kuat dan baja legasi rendah adalah legasi yang paling rentan terhadap kelemahan akibat hidrogen. Baja dengan kekuatan tarik ultimas kurang dari 1000 MPa atau kekerasan kurang dari 30 HRC umumnya tidak dianggap rentan terhadap kelemahan akibat hidrogen. (Contoh lain dapat ditemukan dalam artikel Isu Kelemahan Akibat Hidrogen dengan Seng: Panduan Baru yang Dibahas.)
Hidrogen masuk dan difusi melalui permukaan logam pada suhu ambien atau elevasi. Ini dapat terjadi selama berbagai operasi produksi dan pemasangan atau penggunaan operasional—di mana saja logam berkontak dengan hidrogen atom atau molekuler.
Proses yang dapat menyebabkan kelemahan akibat hidrogen termasuk fosfatisasi, pengaseman asam, plating elektro, dan las busa. Selama proses ini, ada kemungkinan penyerapan hidrogen oleh bahan. Misalnya, selama las busa, hidrogen dilepaskan dari kelembaban (misalnya dalam lapisan elektroda las; untuk meminimalkan ini, elektroda khusus rendah-hidrogen digunakan untuk las baja kuat).
Selama penggunaan, hidrogen dapat diperkenalkan ke dalam logam sebagai akibat dari korosi, reaksi kimia logam dengan asam, atau dengan bahan kimia lainnya—terutama sulfida hidrogen dalam retakan stres sulfida.
Seperti yang terkait dengan stres untuk menyebabkan retakan, bahkan stres residu dalam suatu komponen dapat cukup.
Langkah-langkah yang dapat diambil untuk menghindari kelemahan akibat hidrogen termasuk mengurangi paparan hidrogen, serta pemanasan setelah plating dan proses lain yang mengakibatkan penyerapan hidrogen. Pemanasan memungkinkan hidrogen untuk difusi keluar dari logam. Jika pemanasan bukan opsi, maka penggunaan baja dengan kekuatan lebih rendah dan mengurangi stres residu serta stres yang diterapkan adalah cara yang mungkin untuk menghindari retakan karena kelemahan akibat hidrogen. Ini mungkin merupakan opsi terbaik untuk keadaan yang mengakibatkan penyerapan hidrogen sementara komponen dalam pelayanan.
***
Artikel dan gambar sebelumnya muncul di https://www.imetllc.com/hydrogen-embrittlement-steel/. Dicetak ulang dengan izin. Hak Cipta Industrial Metallurgists, LLC.
