螺絲電鍍后氫脆問(wèn)題及解決方案

螺絲電鍍后氫脆問(wèn)題及解決方案螺絲電鍍后氫脆問(wèn)題及解決方案 直接說(shuō)結(jié)論 以合金鋼作原料生產(chǎn)的10 9級(jí) 12 9級(jí) 14 9級(jí)高強(qiáng)度螺栓電鍍后 或僅 酸洗后 必須在第一時(shí)間除氫脆處理 除氫脆處理的方法是 200度烘箱加熱3 4小時(shí)析出氫原子 以下內(nèi)容是嘮叨 第二次世界大戰(zhàn)初期 英國(guó)皇家空軍一架Spitpie戰(zhàn)斗機(jī)由于引擎主軸斷裂而墜落 機(jī)毀人亡 此事曾震驚英國(guó)朝野 1975年美國(guó)芝加哥一家煉油廠 因一根15cm的不 銹鋼管突然破裂 引起爆炸和火災(zāi) 造成長(zhǎng)期停產(chǎn) 法國(guó)在開(kāi)采克拉克氣田時(shí) 由于 管道破裂 造成持續(xù)一個(gè)月的大火 我國(guó)在開(kāi)發(fā)某大油田時(shí) 也曾因管道破裂發(fā)生過(guò) 井噴 損失慘重 在軍事方面還有 美國(guó) 北極星 導(dǎo)彈因固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼破裂而 不能發(fā)射 美空軍F 11戰(zhàn)斗機(jī)在空中突然墜毀等 途中行駛的汽車因傳動(dòng)軸突然斷裂而翻車 正在機(jī)床上 切削的刀具突然斷裂等事故枚不勝舉 這些災(zāi)難性的惡性事故 瞬時(shí)發(fā)生 事先毫無(wú) 征兆 斷裂無(wú)商量 嚴(yán)重地威脅著人們生產(chǎn)財(cái)產(chǎn)安全 起初科學(xué)工作者們對(duì)出事原因 眾說(shuō)紛紜 一籌莫展 后來(lái)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察和研究 終于探明這一系列的惡性事故的 罪魁禍?zhǔn)?氫脆 1 氫脆的原因 氫脆的原因 氫脆通常表現(xiàn)為鋼材的塑性顯著下降 脆性急劇增加 并在靜載荷下 往往低于 材料的 b 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后發(fā)生破裂破壞的趨勢(shì) 眾所周知 氫在鋼中有一定的溶解 度 煉鋼過(guò)程中 鋼液凝固后 微量的氫還會(huì)留在鋼中 通常生產(chǎn)的鋼 其含氫量在 一個(gè)很小的范圍內(nèi) 氫在鋼中的溶解度隨溫度下降而迅速降低 過(guò)飽和的氫將要析出 叮叮小文庫(kù) 2 氫是在鋼鐵中擴(kuò)散速度最快的元素 其原子半徑最小 在低溫區(qū)仍有很強(qiáng)的擴(kuò)散 能力 如果冷卻時(shí)有足夠的時(shí)間使鋼中的氫逸出表面或鋼中的氫含量較低時(shí) 則氫脆 就不易發(fā)生 如果冷卻速度快 鋼件斷面尺寸比較大或鋼中氫含量較高時(shí) 位于鋼件 中心部分的氫來(lái)不及逸出 過(guò)剩的氫將進(jìn)入鋼的一些缺陷中去 如枝晶間隙 氣孔內(nèi) 若缺陷附近由于氫的聚集會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)壓而導(dǎo)致微裂紋的萌生與擴(kuò)展 這是由于 缺陷吸附了氫原子之后 使表面能大大降低 從而導(dǎo)致鋼材破壞所需的臨界應(yīng)力也急 劇降低 一般的說(shuō) 鋼的氫脆發(fā)生在室溫附近的 50 100 之間 溫度過(guò)低時(shí)氫的擴(kuò)散速度太慢 聚集少不會(huì)析出 高溫時(shí)氫將被 烤 出鋼外 氫脆破壞也不大會(huì)發(fā)生 隨著科學(xué)的發(fā)展 人們又發(fā)現(xiàn)氫脆機(jī)理的新觀點(diǎn) 氫促進(jìn)了裂紋尖端區(qū)塑性變形 而塑性變形 又促進(jìn)了氫在該區(qū)域內(nèi)濃集 從而降低 了該區(qū)的斷裂應(yīng)力值 這就促進(jìn)了微裂的產(chǎn)生 裂紋的擴(kuò)展也伴隨著塑性流變 叮叮小文庫(kù) 3 2 影響鋼氫脆斷裂的因素 影響鋼氫脆斷裂的因素 人們經(jīng)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn) 影響鋼氫脆斷裂的因素主要有如下三方面 1 環(huán)境因素 如鋼在含氫量較高的環(huán)境中 如水 酸 氫氣中時(shí) 氫通過(guò)吸附在鋼鐵表而擴(kuò)散 造 成鋼變脆 同時(shí)氫分壓對(duì)氫裂紋擴(kuò)展速度有明顯的影響 提高氫氣壓力會(huì)增加氫脆敏 感性 2 強(qiáng)度因素 一般來(lái)說(shuō) 鋼的強(qiáng)度越高 氫脆敏感性越大 國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家明文規(guī)定 高強(qiáng)度鋼不 準(zhǔn)酸洗 就是為了防止氫脆 而化學(xué)成分是通過(guò)強(qiáng)度來(lái)影響鋼的氫脆斷裂 這是因?yàn)闅?和S P等原子偏析于晶界會(huì)引起晶界結(jié)合力減弱 從而促使沿晶界首先斷裂 3 熱處理 鋼的氫脆與其顯微組織和熱處理有密切的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)和事實(shí)標(biāo)明 該組織在熱力學(xué)上 穩(wěn)定性愈差 則氫脆的敏感性愈大 例如珠光體 鐵素體組織的氫脆傾向遠(yuǎn)低于馬氏 體 而且網(wǎng)狀分布的高碳馬氏體最敏感 3 熱處理防氫脆措施 熱處理防氫脆措施 前的酸洗等 酸洗在不同階段其目的是不一樣的 有的是為了去除氧化皮 有的 是為了提高工件表面活性 有的是為了縮小尺寸等 傳統(tǒng)的酸洗工藝繁瑣 流程長(zhǎng) 成本高 能耗大 污染嚴(yán)重 勞動(dòng)條件差等 更為可怕的是對(duì)鋼材內(nèi)在質(zhì)量產(chǎn)生很大 的危害 氫脆 為此 改進(jìn)酸洗工藝 采取防滲氫措施 已成為幾代人關(guān)注的問(wèn)題 叮叮小文庫(kù) 4 1 酸洗工藝的改進(jìn) 鋼鐵表面的銹蝕主要是鐵的氧化物和氫氧化物等 清除這些銹蝕主要是酸類組分借助 表面活性劑等的協(xié)同作用來(lái)完成的 其作用過(guò)程大致是溶解和剝落 為了克服常規(guī)酸 洗帶來(lái)的缺陷 可作如下改進(jìn) 首先 降低酸濃度 一般鋼鐵件采用30 35 HC1 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 除去氧化皮的 速度快 但耗量大 酸霧重 對(duì)基體的過(guò)腐蝕也強(qiáng) 難以保證產(chǎn)品質(zhì)量 如用低濃度 酸洗工藝對(duì)降低酸液消耗 改善環(huán)境 提高工件表面質(zhì)量有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益 該工藝?yán)醚趸さ亩嗫仔?在潤(rùn)濕劑的作用下使酸液迅速滲透到基體與氧化皮 的界面上發(fā)生Fe 2HC1 2FeC12 H2 化學(xué)反應(yīng) 利用氫氣的機(jī)械剝落作用 達(dá)到除 去氧化皮清潔表面的作用 由于氧化物在稀酸中的反應(yīng)緩慢 尿素等緩蝕劑對(duì)裸露基 體的吸附力強(qiáng) 防止了過(guò)腐蝕 降低了酸的無(wú)用消耗 同時(shí)亦減輕了工件滲氫數(shù)量 其次 利用混合酸液的綜合特性 生產(chǎn)上常用鹽酸或硫酸液除銹 但兩者的性能 各異 若將鹽酸與硫酸按適當(dāng)比例配制成混合液 能兼有兩者的功能 既能提高除銹 速度 又降低了操作溫度 再次 采用多功能的高效除油除銹劑 近年來(lái)出現(xiàn)了 二合一 等多種除油除銹劑 和快速除銹劑應(yīng)用較普遍 這是鋼鐵酸洗工藝的一大進(jìn)步 最后 采用特殊的酸洗工藝 針對(duì)不同工件的形狀 用途 熱處理狀態(tài)采取不同 的酸洗工藝 就是說(shuō)酸洗工藝也應(yīng)該個(gè)性化 2 防止氫脆的措施 酸洗過(guò)程的滲氫是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程 即涉及腐蝕的共軛步驟 又涉及氫在金屬表 吸附和析出的以及浸入金屬內(nèi)部的并 串聯(lián)步驟 還涉及到應(yīng)力腐蝕的深層次問(wèn)題 研究表明 在酸洗條件下 直接進(jìn)行滲氫的電化學(xué)測(cè)量是研究酸洗過(guò)程滲氫行為的可 行方法 為減輕鋼鐵件滲氫程度 可采取如下一些防滲氫措施 第一 引入多功能的緩抑制 多功能的緩抑劑具有緩蝕與抑霧功能 不僅酸洗速 度快 而且阻抑滲氫的功能較強(qiáng) 緩蝕率高 第二 控制酸洗條件 鋼鐵在酸洗液中的滲氫量與酸度關(guān)系不太大 但與酸洗溫 度成正比 與酸洗時(shí)間的平方根成正比 建議采用酸液濃度較高 酸洗時(shí)間很短的酸 洗方法 高速鋼淬火件等高強(qiáng)度鋼酸洗更要注意這個(gè)問(wèn)題 具體生產(chǎn)單位 應(yīng)制訂嚴(yán) 謹(jǐn)工藝 控制好酸的濃度 酸液溫度 酸洗時(shí)間三大要素 第三 關(guān)注應(yīng)力腐蝕問(wèn)題 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是指工件在受到靜載拉應(yīng)力和特定的腐 蝕環(huán)境聯(lián)合作用下 導(dǎo)致材料發(fā)生脆性開(kāi)裂的過(guò)程 經(jīng)過(guò)校直的淬火件 不管是正擊 叮叮小文庫(kù) 5 還是反擊 凡經(jīng)校直過(guò)的工件一定先去應(yīng)力再酸洗 否定氫脆致裂或變脆的幾率相當(dāng) 大 很多單位都有深刻的教訓(xùn) 但并沒(méi)有引起足夠的重視 第四 防止金屬雜質(zhì)污染酸洗液 業(yè)已查明 當(dāng)酸洗液中含有P As Sn Hg Pb Zn Cd等金屬雜質(zhì)時(shí) 會(huì)促進(jìn)滲氫量增加 加劇氫脆斷裂傾向 第五 驅(qū)氫處理 是凡經(jīng)過(guò)酸洗工件 最好進(jìn)行180 200 3 4h驅(qū)氫處理 4 氫脆試驗(yàn)方法 氫脆試驗(yàn)方法 在熱處理產(chǎn)業(yè)鏈上 多道工序需要酸洗 如淬火后回火前的酸洗 回火后噴砂前 酸洗 蒸汽處理或氧氮化前酸洗 TiN等表面強(qiáng)化前的酸洗以及電鍍?nèi)绻驘崽幚砘虮?面處理產(chǎn)生了滲氫 應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)驅(qū)趕 使構(gòu)件不至于因氫脆破壞失效 產(chǎn) 生了氫脆也可以通過(guò)試驗(yàn)方法測(cè)定 以前的航空部為測(cè)氫脆曾制訂過(guò)標(biāo)準(zhǔn) HB5067 可供參考 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用延遲 破壞的方法 試驗(yàn)和鑒定抗拉強(qiáng)度 1275MPa的結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度鋼經(jīng)電鍍和化學(xué)覆蓋 工藝處理后的氫脆性能 1 方法原理 結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度鋼由于氫和應(yīng)力的作用 在小于屈服強(qiáng)度的靜載荷下持續(xù)一定時(shí)間就 會(huì)發(fā)生早期的脆性斷裂 2 氫脆試樣的技術(shù)要求 主要有四點(diǎn) 第一 試樣材料 應(yīng)用與產(chǎn)品零件相同的材料制作 熱處理至抗拉強(qiáng)度的上限 硬度 與抗拉強(qiáng)度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系 第二 試樣的形狀和尺寸 延遲破壞的試樣形狀和尺寸應(yīng)符合下圖的規(guī)定 除圖 中已注明的尺寸公差外 其他尺寸公差應(yīng)符合國(guó)家形位公差相關(guān)規(guī)定 第三 試樣的制造 按圖沿材料的順纖維方向加工試樣 粗加工后熱處理至所要 求的抗拉強(qiáng)度 然后精加工至規(guī)定尺寸 缺口用中軟細(xì)粒氧化鋁砂輪磨制 磨削時(shí)應(yīng) 保證缺口根部半徑圓滑 磨削后投影檢查 確保缺口尺寸符合圖紙要求 逐根測(cè)量缺 口根部直徑 圖中為 4 5 0 05mm 的尺寸 并做好編號(hào)記錄 叮叮小文庫(kù) 6 第四 試樣在鍍蓋前都應(yīng)消除磨削應(yīng)力 消除應(yīng)力的最高溫度應(yīng)比該工件的回火 溫度低10 20 同時(shí)要避開(kāi)材料回火脆性區(qū) 以保證消除應(yīng)力后的試樣硬度不會(huì)下 降 3 試驗(yàn)方法 按要求的鍍覆工藝對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)備處理和鍍覆 帶有鍍層的試樣其缺口的鍍層厚度應(yīng) 不小于12 18 m 鍍覆層應(yīng)一次完成 不允許退鍍或重復(fù)電鍍 鍍覆后 試樣應(yīng)盡快 地 不超過(guò)3h 進(jìn)行除氫 除氫的規(guī)范應(yīng)符合工件或該鋼的鍍覆工藝規(guī)范的規(guī)定 延遲破壞試樣根