ницы зерен и фаз, микро- и макропоры и др. Эти ловушки различаются энергией связи водорода. Взаимодействие водорода с ловушками особенно усиливается при низких температурах (приблизительно меньше 200 °С). Поэтому экспериментальные данные разных исследователей относительно коэффициентов диффузии водорода в железе и ферритных сталях различаются на несколько порядков в указанной температурной области. При более высоких температурах коэффициент диффузии стремится к значению для бездефектного металла, поэтому разброс экспериментальных данных значительно меньше. Предложен ряд экспериментальных методов и математических моделей для определения коэффициентов диффузии.

В работе 187] коэффициенты диффузии водорода определяли, используя экспериментальные данные по кинетике массопереноса в образце правильной геометрической формы, для которого возможно решение диффузионной задачи в аналитической форме.

Для описания выделения водорода использовалось уравнение Фика. Предполагалось, что в исходном состоянии водород распределен в металле равномерно и скорость десорбции газа с поверхности в окружающую атмосферу намного выше, чем скорость диффузии.

Измерения десорбции водорода из сталей и особенно из металла шва показали отклонение кинетических кривых от ожидаемых расчетных значений при уменьшении содержания водорода в образце до определенного уровня. Этот эфффект обусловлен освобождением водорода из ловушек, которое можно наблюдать при низких концентрациях водорода, достигаемых в результате его выделения из образца (рис. 4.29). Для описания этого эффекта была использована теория диффузии водорода в реальном металле, предложенная Мак-Набом и Фостером ¡88).

На рис. 4.30 приведены экспериментально установленные временные зависимости содержания водорода в образцах при температурах 60 и 100 °С. На этом же рисунке представлены результаты расчетов доли водорода, захваченного ловушками. Как видно, в начальный период времени изменение скорости выделения водорода более существенно, чем изменение доли водорода, захваченного ловушками. Это означает, что в этот период ловушки практически не влияют на выделение водорода. Но через некоторое время, когда диффузионный водород вышел из образца, дальнейшее выделение водорода соответствует его освобождению из ловушек. Поэтому наклоны графиков [Н](т) и л(т) становятся одинаковыми.

Скорость эффузии водорода -103, см7( 100 г - с)

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Д[н]]

1,0 1,2 1,4 1,6

Рис. 4.29. Влияние ловушек на скорость десорбции водорода из металла, наплавленного электродом рутилового вида АНО-4. Точки — экспериментальные данные; сплошные линии — расчетные; Д[Н], и Д[Н]: — содержание водорода в двух образцах

0.0001

Массовая доля [Н], %

8

10 ]2 14 т104, с

Рис. 4.30. Временные зависимости доли водорода, захваченного ловушками л (расчетные данные), и массовой доли |Н| (экспериментальные данные)

Таким образом, освобождение водорода из ловушек несущественно влияет на выделение диффузионного водорода до тех пор, пока уровень концентрации водорода достаточно высокий. Это позволяет избежать влияния ловушек на измеряемый коэф-