Il rischio di infragilimento da idrogeno

L’infragilimento da idrogeno è un processo chimico-fisico che interessa diversi metalli, in particolare quelli ad alta resistenza, rendendoli soggetti a fratture.

Spesso si tratta del risultato di un’introduzione accidentale di idrogeno nel metallo durante lavorazioni di finitura e formatura, che causa la formazione di cricche.

Questo fenomeno causa un deterioramento delle proprietà dell’acciaio rendendolo meno duttile e più debole, di conseguenza il tema è particolarmente degno di attenzione per gli studi di progettazione meccanica.

Viste le implementazioni di tipo strutturale di prodotti in acciaio ad alta resistenza, è facilmente comprensibile che persino una piccola variazione nella strutturachimico-fisica del materiale possa risultare in larghi effetti di larga portata.

Nello specifico, si possono differenziare due differenti tipologie di infragilimento da idrogeno:

• Infragilimento di tipo ambientale; indotto dall’ assorbimento di idrogeno presente nell’ambiente, tipicamente nel processo di corrosione.
• Infragilimento da processi produttivi; il più comune, derivato da lavorazioni in ambienti umidi che favoriscono l’insorgere di questo fenomeno, riguarda trattamenti quali il decapaggio acido e la zincatura di tipo elettrolitico ed operazioni come la formatura, la protezione catodica, il rivestimento e la placcatura.

In elementi filettati quali viti e dadi viene precisato da apposite normative che a partire da una resistenza maggiore a 320 HV c’è una maggiore probabilità che insorga questo fenomeno.
La rottura del componente potrebbe inoltre non insorgere nel processo di montaggio ma a distanza di ore se non giorni, particolarmente nelle unioni con forze a trazione.

Sono necessarie più condizioni affinché si verifichi l’infragilimento da idrogeno:

• Presenza e diffusione di atomi o ioni di idrogeno
• Un materiale suscettibile
• Fatica

Metalli suscettibili

L’idrogeno infragilisce una varietà di metalli tra cui acciaio, alluminio (a temperature elevate), ferro austemperato, diverse leghe di vanadio, nichel e titanio.

Maggiore è la resistenza degli acciai, minore è la tenacità alla frattura, quindi aumenta la probabilità che l’infragilimento da idrogeno porti alla frattura. Gli acciai ad alta resistenza, superiori alla durezza di HRC 32, sono fortemente suscettibili alla rottura causata da idrogeno dopo processi di placcatura.

Prevenzioni

L’infragilimento da idrogeno può essere prevenuto attraverso varie procedure, tutte focalizzate sulla riduzione al minimo del contatto tra il metallo e l’idrogeno, in particolare durante la produzione e l’elettrolisi dell’acqua.

L’infragilimento di tipo ambientale, dovuto alla corrosione, è evitabile attuando un adeguato trattamento superficiale senza introduzione d’idrogeno nel processo di rivestimento, seguendo precise scelte nella tipologia di materiale da trattare e nelle modalità del processo di decapaggio.

Le tempistiche e modalità del trattamento di deidrogenazione sono di estrema importanza perché l’obiettivo è quello di eliminare la maggior parte di idrogeno ridistribuendolo sull’intera superficie dell’elemento di collegamento. Se di riducono gli atomi di idrogeno, si ridurrà anche la possibilità che si formi il conseguente infragilimento.

La deidrogenazione può essere termica o, nella maggior parte dei casi, catalitica.

• La deidrogenazione termica è un trattamento che permette di rimuovere dalle superfici metalliche l’idrogeno accumulato durante vari processi attraverso l’elevata temperatura di forni ad hoc. Si deve però tenere presente che in queste condizioni avviene una decomposizione dei prodotti causata dalla rottura dei legami carbonio-carbonio.
• La deidrogenazione catalitica rappresenta la reazione inversa dell’idrogenazione e presenta condizioni operative decisamente meno drastiche rispetto al trattamento termico e per questo limita l’avvento di processi di decomposizione collaterali. Di regola i catalizzatori usati sono a base di rame, nichel, platino, zinco, ferro o cromo.