螺丝电镀后氢脆问题及解决方案

2020-08-06 15:31 UB8优游国际螺钉

螺丝电镀后氢脆问题及解决方案直接说结论以合金钢作原料生产的10.9级、12.9级、14.9级UB8优游国际度螺栓电镀后或仅酸洗后必须在**时间除氢脆处理除氢脆处理的方法是200度烘箱加热3-4小时析出氢原子。

第二次世界大战初期英国皇家空军一架Spitpie战斗机由于引擎主轴断裂而坠落机毁人亡此事曾震惊英国朝野。1975年美国芝加哥一家炼油厂因一根15cm的不锈钢管突然破裂引起爆炸和火灾造成长期停产。法国在开采克拉克气田时由于管道破裂造成持续一个月的大火。我国在开发某大油田时也曾因管道破裂发生过井喷损失惨重。在军事方面还有美国“北极星”导弹因固体燃料发动机机壳破裂而不能发射美空军F-11战斗机在空中突然坠毁等。途中行驶的汽车因传动轴突然断裂而翻车正在机床上切削的刀具突然断裂等事故枚不胜举。这些灾难性的恶性事故瞬时发生事先毫无征兆断裂无商量严重地威胁着人们生产财产安全。起初科学工作者们对出事原因众说纷纭一筹莫展。后来经过长期观察和研究终于探明这一系列的恶性事故的罪魁祸首——氢脆。

1、氢脆的原因

氢脆通常表现为钢材的塑性显著下降脆性急剧增加并在静载荷下，往往低于材料的σb经过一段时间后发生破裂破坏的趋势。众所周知氢在钢中有一定的溶解度。炼钢过程中钢液凝固后微量的氢还会留在钢中。通常生产的钢其含氢量在一个很小的范围内。氢在钢中的溶解度随温度下降而迅速降低过饱和的氢将要析出。氢是在钢铁中扩散速度最快的元素其原子半径最小在低温区仍有很强的扩散能力。如果冷却时有足够的时间使钢中的氢逸出表面或钢中的氢含量较低时则氢脆就不易发生。如果冷却速度快钢件断面尺寸比较大或钢中氢含量较高时位于钢件中心部分的氢来不及逸出过剩的氢将进入钢的一些缺陷中去如枝晶间隙、气孔内。若缺陷附近由于氢的聚集会产生强大的内压而导致微裂纹的萌生与扩展。这是由于缺陷吸附了氢原子之后使表面能大大降低从而导致钢材破坏所需的临界应力也急剧降低。

一般的说钢的氢脆发生在室温附近的-50~100℃之间。温度过低时氢的扩散速度太慢聚集少不会析出高温时氢将被“烤”出钢外氢脆破坏也不大会发生。随着科学的发展人们又发现氢脆机理的新观点氢促进了裂纹尖端区塑性变形而塑性变形又促进了氢在该区域内浓集从而降低了该区的断裂应力值这就促进了微裂的产生裂纹的扩展也伴随着塑性流变。

2、影响钢氢脆断裂的因素

人们经长期的研究发现影响钢氢脆断裂的因素主要有如下三方面

1环境因素

如钢在含氢量较高的环境中如水、酸、氢气中时氢通过吸附在钢铁表而扩散造成钢变脆。同时氢分压对氢裂纹扩展速度有明显的影响提高氢气压力会增加氢脆敏感性。

2强度因素

一般来说钢的强度越高氢脆敏感性越大。国外一些发达国家明文规定“UB8优游国际度钢不准酸洗”就是为了防止氢脆。而化学成分是通过强度来影响钢的氢脆断裂这是因为氢和S、P等原子偏析于晶界会引起晶界结UB8优游国际减弱从而促使沿晶界首先断裂。

3热处理

钢的氢脆与其显微组织和热处理有密切的关系实验和事实标明该组织在热力学上稳定性愈差则氢脆的敏感性愈大。例如珠光体、铁素体组织的氢脆倾向远低于马氏体而且网状分布的高碳马氏体最敏感。

3、热处理防氢脆措施

前的酸洗等。酸洗在不同阶段其目的是不一样的，有的是为了去除氧化皮有的是为了提高工件表面活性有的是为了缩小尺寸等。传统的酸洗工艺繁琐、流程长、成本高、能耗大、污染严重、劳动条件差等更为可怕的是对钢材内在质量产生很大的�：Α獯�。为此改进酸洗工艺采取防渗氢措施已成为几代人关注的问题。

⑴酸洗工艺的改进

钢铁表面的锈蚀主要是铁的氧化物和氢氧化物等清除这些锈蚀主要是酸类组分借助表面活性剂等的协同作用来完成的其作用过程大致是溶解和剥落。为了克服常规酸洗带来的缺陷可作如下改进。首先降低酸浓度。一般钢铁件采用30%~35%HC1质量分数除去氧化皮的速度快但耗量大，酸雾重对基体的过腐蚀也强难以保证产品质量。如用低浓度酸洗工艺对降低酸液消耗改善环境提高工件表面质量有明显的经济效益和社会效益。该工艺利用氧化皮的多孔性在润湿剂的作用下使酸液迅速渗透到基体与氧化皮的界面上发生Fe+2HC1==2FeC12+H2↑化学反应利用氢气的机械剥落作用达到除去氧化皮清洁表面的作用。由于氧化物在稀酸中的反应缓慢尿素等缓蚀剂对裸露基体的吸附力强防止了过腐蚀降低了酸的无用消耗同时亦减轻了工件渗氢数量。其次利用混合酸液的综合特性。生产上常用盐酸或硫酸液除锈但两者的性能各异若将盐酸与硫酸按适当比例配制成混合液能兼有两者的功能既能提高除锈速度又降低了操作温度。再次采用多功能的高效除油除锈剂。近年来出现了“二合一”等多种除油除锈剂和快速除锈剂应用较普遍，这是钢铁酸洗工艺的一大进步。最后采用特殊的酸洗工艺。针对不同工件的形状、用途、热处理状态采取不同的酸洗工艺就是说酸洗工艺也应该个性化。

⑵防止氢脆的措施

酸洗过程的渗氢是一个相当复杂的过程即涉及腐蚀的共轭步骤又涉及氢在金属表吸附和析出的以及浸入金内部的并、串联步骤还涉及到应力腐蚀的深层次问题。研究表明在酸洗条件下直接进行渗氢的电化学测量是研究酸洗过程渗氢行为的可行方法。为减轻钢铁件渗氢程度可采取如下一些防渗氢措施。

**、引入多功能的缓抑制。多功能的缓抑剂具有缓蚀与抑雾功能不仅酸洗速度快而且阻抑渗氢的功能较强缓蚀率高。

第二、控制酸洗条件。钢铁在酸洗液中的渗氢量与酸度关系不太大但与酸洗温度成正比与酸洗时间的平方根成正比建议采用酸液浓度较高、酸洗时间很短的酸洗方法。高速钢淬火件等UB8优游国际度钢酸洗更要注意这个问题。具体生产单位应制订严谨工艺控制好酸的浓度、酸液温度、酸洗时间三大要素。

第三、关注应力腐蚀问题。应力腐蚀开裂是指工件在受到静载拉应力和特定的腐蚀环境联合作用下导致材料发生脆性开裂的过程。经过校直的淬火件不管是正击还是反击凡经校直过的工件一定先去应力再酸洗否定氢脆致裂或变脆的几率相当大很多单位都有深刻的教训，但并没有引起足够的重视。

第四、防止金属杂质污染酸洗液。业已查明当酸洗液中含有P、As、Sn、Hg、Pb、Zn、Cd等金属杂质时会促进渗氢量增加加剧氢脆断裂倾向。

第五、驱氢处理。是凡经过酸洗工件**进行180~200℃×3~4h驱氢处理。

4、氢脆试验方法

在热处理产业链上多道工序需要酸洗如淬火后回火前的酸洗、回火后喷砂前酸洗、蒸汽处理或氧氮化前酸洗、TiN等表面强化前的酸洗以及电镀如果因热处理或表面处理产生了渗氢应在尽可能短的时间内驱赶使构件不至于因氢脆破坏失效。产生了氢脆也可以通过试验方法测定。以前的航空部为测氢脆曾制订过标准HB5067可供参考。该标准规定了用延迟破坏的方法试验和鉴定抗拉强度≥1275MPa的结构钢和UB8优游国际度钢经电镀和化学覆盖工艺处理后的氢脆性能。

1方法原理

结构钢和UB8优游国际度钢由于氢和应力的作用在小于屈服强度的静载荷下持续一定时间就会发生早期的脆性断裂。

2氢脆试样的技术要求

主要有四点

**、试样材料。应用与产品零件相同的材料制作热处理至抗拉强度的上限硬度与抗拉强度有一定的对应关系。

第二、试样的形状和尺寸。延迟破坏的试样形状和尺寸应符合下图的规定除图中已注明的尺寸公差外其他尺寸公差应符合国家形位公差相关规定。

第三、试样的制造。按图沿材料的顺纤维方向加工试样粗加工后热处理至所要求的抗拉强度，然后精加工至规定尺寸缺口用中软细粒氧化铝砂轮磨制。磨削时应保证缺口根部半径圆滑。磨削后投影检查确保缺口尺寸符合图纸要求。逐根测量缺口根部直径图中为φ4.5±0.05mm的尺寸并做好编号记录。

第四、试样在镀盖前都应消除磨削应力消除应力的最高温度应比该工件的回火温度低10~20℃同时要避开材料回火脆性区以保证消除应力后的试样硬度不会下降。

3试验方法

按要求的镀覆工艺对试样进行预备处理和镀覆。带有镀层的试样其缺口的镀层厚度应不小于12~18μm。镀覆层应一次完成不允许退镀或重复电镀。镀覆后试样应尽快地不超过3h进行除氢。除氢的规范应符合工件或该钢的镀覆工艺规范的规定。延迟破坏试样根据总载荷可在适当吨位的持久试验机上进行。加载时按镀覆前缺口根部尺寸计算试样的截面积。试样承受的静载荷数为未镀覆试样的缺口抗拉强度的75%记录断裂时间。

未镀覆试样的缺口抗拉强度应是3~5个试样的平均值。

4结果评定

用6根平等的试样进行延时破坏试验在规定的载荷下200h都不破断则认为该钢经此镀覆工艺氢脆性能合格。如果有一个试样破断时间小于200h则认为氢脆性能不合格。