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01.08.2014 | Ausgabe 9/2014

Metallurgical and Materials Transactions A 9/2014

Measurement and Modeling of Hydrogen Environment-Assisted Cracking in Monel K-500

Zeitschrift:
Metallurgical and Materials Transactions A > Ausgabe 9/2014
Autoren:
Richard P. Gangloff, Hung M. Ha, James T. Burns, John R. Scully
Wichtige Hinweise
Manuscript submitted July 16, 2013.
An erratum to this article can be found at http://​dx.​doi.​org/​10.​1007/​s11661-014-2454-3.

Abstract

Hydrogen environment-assisted cracking (HEAC) of Monel K-500 is quantified using slow-rising stress intensity loading with electrical potential monitoring of small crack propagation and elastoplastic J-integral analysis. For this loading, with concurrent crack tip plastic strain and H accumulation, aged Monel K-500 is susceptible to intergranular HEAC in NaCl solution when cathodically polarized at −800 mVSCE (E A, vs saturated calomel) and lower. Intergranular cracking is eliminated by reduced cathodic polarization more positive than −750 mVSCE. Crack tip diffusible H concentration rises, from near 0 wppm at E A of −765 mVSCE, with increasing cathodic polarization. This behavior is quantified by thermal desorption spectroscopy and barnacle cell measurements of hydrogen solubility vs overpotential for planar electrodes, plus measured-local crevice potential, and pH scaled to the crack tip. Using crack tip H concentration, excellent agreement is demonstrated between measurements and decohesion-based model predictions of the E A dependencies of threshold stress intensity and Stage II growth rate. A critical level of cathodic polarization must be exceeded for HEAC to occur in aged Monel K-500. The damaging-cathodic potential regime likely shifts more negative for quasi-static loading or increasing metallurgical resistance to HEAC.

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