
一、高險產(chǎn)品
高強度、高硬度、經(jīng)電鍍的碳鋼緊固件是最危險的產(chǎn)品。氫脆斷裂表現(xiàn)為一種脆裂(塑性收縮無跡象),這種斷裂面為結(jié)晶狀,并且不以腐蝕為征兆。由于這類緊固件經(jīng)常被用于關(guān)鍵性部位,緊固件制造廠和用戶對其斷裂的敏感程度都非常之大。
斷裂例證說明一種與有關(guān)的問題理念:
1.用于汽車——高強度鋼淬火并回火,硬度達HRC38,熱處理后冷加工,鍍鎘,高扭矩裝配——延遲斷裂(日)
2.關(guān)鍵螺母用于直升機——高強度鋼淬火并回火,硬度達HRC50,汽化滲鍍鎘,高工作載荷——延遲斷裂(年)
3.關(guān)鍵螺栓用于飛機——高強度鋼淬火并回火,硬度達HRC45,電鍍鎘,高扭矩裝配——延遲斷裂(小時)
二、脆裂機理
成功的電鍍操作需要清潔部件。當酸洗完成時,這可使最密集的氫源滲入鋼基體,電鍍工藝是氫氣的另一種來源,所產(chǎn)生的初生被鋼基體吸收。
H++e-→H→1/2H2
表面雜質(zhì)抑制吸收率。
電鍍也對密封氫氣起作用。氫氣擴散到高三軸應(yīng)力區(qū)(氫氣具有陽極部分克分子容量)。把氫氣分解吸收(先分奧氏體晶界、馬氏體板界和碳化物界面等)。
當分離器的氫氣集中度超過規(guī)定值處于邊界或界時,就會發(fā)生快速斷裂、脆性斷裂。
雖然電鍍是其主要問題,而化學(xué)鍍和轉(zhuǎn)換鍍也會出現(xiàn)一些問題。
三、緩解方法
為了避免這些問題,鼓勵關(guān)鍵聯(lián)接的設(shè)計者去規(guī)范低強度合金緊固件,這些緊固件不易發(fā)生氫脆斷裂,容許的材料名單包括:
合金鋼——淬火并回火 低碳鋼——冷加工 鈦合金——氫化物型
鎳合金——峰值時效 鋁合金——峰值時效
緊固件制造廠商都在尋找氫脆問題的方法。這些方法包括:采用低氫清洗和低氫電鍍槽。其目的是減少氫氣的暴露,其后鍍處包括在375°F-400°F(191-204°C)下烘烤緊固件2-24小時)
電鍍后必須在30分鐘-2小時之內(nèi)完成,否則會引起殘余應(yīng)力裂紋。對氫脆消除的烘烤通常不會排出或釋放氫氣,它可重新把氫氣分給密集的分離器,而不會出現(xiàn)什么危險。
四、測試
對緊固件氫脆的質(zhì)量測試一直沒有準確的判定。制造廠商和用戶都想尋求一種既簡單準確又令人信服的測試,這樣探索是靠遲斷裂方式來實現(xiàn)的。
延遲斷裂測試是由ASTM(美國材料試驗協(xié)會)、IFI(美國工業(yè)緊固件協(xié)會)、Mil Specs(軍事標準)和有關(guān)汽車公司設(shè)計發(fā)明的,這種測試要求數(shù)目不等的樣品、涉及拉伸載荷和彎曲載荷、加載的時間長短以及允許一個測試批中多少斷裂的樣品等。
由于斷裂時間從24-200小時不等,并主要通過肉眼直觀檢查來判定合格與否。這很明顯誰也不能確切說在使用過程中不會發(fā)生斷裂,這樣的測試要求制造方或電鍍方擔(dān)供額外的處理時間并使程序變復(fù)雜化。
另一些形成的測試,如提升分級載荷測試、慢速應(yīng)變率測試和驗收測試提高了有效性,也增加了不確定性,誰保證他們不會有氫脆問題。
當時還有幾種研制和試驗在深入了解之中,針對氫脆的提升分級載荷測試在進一步考核中,這些測試這所以重要是這些測試要求減少時間。
特別是驗收測試涉及到超應(yīng)力和暫緩斷裂,這可對測試樣品引起損害,并導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋或疲勞斷裂。
五、應(yīng)力腐蝕與氫脆比較
雖然氫脆(HE)和應(yīng)力腐蝕斷裂(SCC)二者都具有延遲斷裂形式,其前者是由制造工藝產(chǎn)生的,后者是外界服務(wù)環(huán)境產(chǎn)生的。
從各種化合中產(chǎn)生的氫氣及大氣暴露可滲入未涂敷的緊固件,并產(chǎn)生應(yīng)力脆裂。應(yīng)力腐蝕破裂不完全是由氫引起的,它可能由侵入小裂縫的各種物質(zhì)產(chǎn)生的,并且促使它們擴散成斷裂狀態(tài)。