Водородная хрупкость болтов из легированной стали (3)

5 Технические способы предотвращения водородного охрупчивания болтов из легированной стали

    Предотвращение водородного разрушения болтов из легированной стали требует всестороннего рассмотрения, основанного на механизме водородного охрупчивания разрушения. В зависимости от требуемой прочности на разрыв, соответствующего материала и соответствующего производственного процесса. 6.1 ион болтов с резьбой MJ Ион болтов с резьбой MJ может не только улучшить способность болта выдерживать динамические нагрузки, но также улучшить способность болта противостоять водородному охрупчиванию. Снижение концентрации напряжений играет важную роль в снижении подверженности болтов водородному охрупчиванию. Поэтому при нарезании резьбы болтов старайтесь использовать резьбу MJ с большим радиусом дуги в нижней части резьбы. Радиус нижней дуги резьбы MJ находится в диапазоне 0,15042P ~ 0,18011P,

    Технология обработки резьбовых болтов MJ имеет три характеристики: ① Резьба должна быть накатана до нужной формы после окончательной термообработки; ② Головка болта должна быть высаженной и иметь форму; ③После окончательной термообработки нижнюю кромку головки болта необходимо подвергнуть холодной прокатке. Эти методы обработки могут эффективно устранить дефекты материала на поверхности болта и увеличить остаточное сжимающее напряжение на поверхности болта. В результате он может играть значительную роль в снижении чувствительности болта к водородному охрупчиванию.

5.2 Выбрать разумную технологию обработки и принять строгие превентивные меры

    Поскольку критическое значение прочности на разрыв для разрушения из-за водородного охрупчивания составляет 1050 МПа, для болтов, уровень прочности которых ниже 1000 МПа, независимо от того, гальванические они или нет, водородное охрупчивание не учитывается. Для болтов из легированной стали (например, 30CrMnSiA) с пределом прочности на разрыв выше 1000 МПа, если используются обычные процессы термообработки, гальваники и удаления водорода в соответствии с требованиями соответствующих стандартов, водородного охрупчивания можно полностью избежать.

    Чтобы снизить степень проникновения водорода и улучшить эффект удаления водорода, необходимо принять меры по следующим аспектам.

5.2.1 Термическая обработка

    Закаленный мартенсит в большей степени влияет на чувствительность к водородному охрупчиванию, поэтому температуру термообработки можно соответствующим образом регулировать во время термообработки, чтобы уменьшить образование отпущенного мартенсита. Например, использование закалки повысит порог разрушения из-за водородного охрупчивания примерно на 100 МПа. Это связано с тем, что структура нижнего бейнита, полученная в результате аустализа, менее чувствительна к водородной хрупкости, чем отпущенный мартенсит.

    Иногда в нагревательную печь добавляют защитный газ, чтобы предотвратить образование окалины на деталях. Однако, если защитный газ содержит гидрид (например, крекинг-газ метанола, RX-газ и т. Д.), Гидрид будет разлагаться на водород после нагревания, что вызовет проникновение водорода и увеличит риск водородного охрупчивания. Поэтому не рекомендуется использовать защитный газ, содержащий гидрид, в процессе термообработки. Если позволяют условия, лучше всего использовать вакуумную печь для закалки и отпуска.

    Согласно стандарту аэрокосмической промышленности QJ 451-1988 «Технические требования к контролю качества деталей (деталей) перед нанесением покрытия», все детали с пределом прочности на растяжение более 1050 МПа, но менее или равным 1450 МПа должны подвергаться обработке для снятия напряжений, удельная температура нагрева 190 ℃ 210 ℃, время 1 час. Напряжение здесь относится к остаточному растягивающему напряжению, вызванному термической обработкой, и не должно включать остаточное напряжение сжатия, вызванное накатанной резьбой или закругленным углом холоднокатаной головки после обработки.

5.2.2 Травление

    Хотя травление не является основным процессом проникновения водорода, если он не контролируется должным образом, водород проникает в болты. Поэтому во многих стандартах подчеркивается запрет травления сильной кислотой перед нанесением покрытия и вместо этого используется травление слабой кислотой или дробеструйное упрочнение.

5.2.3 Гальваника

    Гальваника является основным процессом поглощения водорода болтами, а строгий контроль процесса гальваники является основной мерой предотвращения водородного охрупчивания болтов.

    Выбор различных процессов гальваники в соответствии с пределом прочности болтов на растяжение является одним из способов избежать разрушения из-за водородного охрупчивания. Для болтов 30CrMnSiA с пределом прочности на разрыв выше 1080 МПа можно использовать обычное цинкование или кадмие.

    Для болтов из легированной стали с пределом прочности на разрыв выше 1250 МПа, хотя также могут использоваться обычные процессы цинкования или кадмирования, необходимо применять более строгий контроль процесса. ISO 5857: 1988 «Спецификация на закупку болтов с выступающей головкой из легированной стали с резьбой 1250 МПа для аэрокосмической промышленности» предусматривает, что болты изделия должны пройти испытание на прочность под напряжением, то есть 75% минимальной разрушающей нагрузки на растяжение прилагается к болтам в течение 23 часов. и болты не должны сломаться. Или уничтожить. GB / T 3098.1-2010 «Механические свойства крепежных болтов, винтов и гаек» напоминает пользователям, что они должны проявлять осторожность при рассмотрении использования болтов класса 12.9 или выше.

    Согласно «Каталогу запрещенных (ограниченных) процессов для аэрокосмической продукции» (см. Tian Technology [2004] № 42), для болтов с пределом прочности на разрыв выше 1300 МПа гальваника цинком или кадмием не допускается, но гальваника с низким водородным охрупчиванием может использоваться. Ремесло. Гальваническое покрытие с низкой водородной хрупкостью - это тип процесса, разработанный для водородного охрупчивания деталей самолетов в 1960-х и 1970-х годах, включая кадмиевое покрытие с низким водородным охрупчиванием, кадмиево-титановое покрытие с низким водородным охрупчиванием и цинк-никелирование с низким водородным охрупчиванием. Требования к нанесению гальванических покрытий с низким уровнем водородной хрупкости: отпуск для снятия напряжений перед нанесением покрытия, пескоструйная обработка вместо травления или термообработка в вакууме. В процессе гальваники, с одной стороны, регулируется состав ванны, а с другой стороны,

    Титан с кадмиевым покрытием представляет собой набор процессов гальваники с низким водородным охрупчиванием, образованный путем реформирования, улучшения и улучшения аналогичных процессов в зарубежных странах в прошлом веке. Титан оказывает сильное адсорбционное действие на водород. Он может адсорбировать водород на поверхности продукта и предотвращать проникновение водорода в субстрат. Таким образом, титан с кадмиевым покрытием с низким водородным охрупчиванием внес большой вклад в решение проблемы водородного охрупчивания и до сих пор широко используется в авиационной промышленности. . Тем не менее, он редко используется в аэрокосмической промышленности из-за его строгого технологического процесса и высокой стоимости, а производственная линия практически отсутствует.

    В аэрокосмической промышленности процесс покрытия цинк-никелевым сплавом с низким водородным охрупчиванием и процесс кадмирования с низким водородным охрупчиванием осуществлялся в небольших количествах в 1980-х годах, а также в соответствии со стандартом аэрокосмической промышленности QJ 1824-1989 "Цинк-никелевый сплав. Технические условия покрытия », QJ 2217-1992« Технические условия на кадмиевый процесс с низким водородным охрупчиванием ».

    Конечно, для болтов с пределом прочности на разрыв более 1500 МПа нанесение покрытия с низким уровнем водородной хрупкости также является рискованным. Время от времени происходит водородное охрупчивание. Если вы хотите полностью избежать риска водородного охрупчивания, вы можете использовать процесс покрытия, не связанный с водородным охрупчиванием, или изменить его. Используйте другие устойчивые к коррозии материалы.

    Кроме того, в соответствии с положениями стандарта ISO 9587 «Металлические и другие неорганические покрытия для снижения риска предварительной обработки стальных изделий из-за водородного охрупчивания» болты перед нанесением гальванических покрытий должны подвергаться обработке для снятия напряжений.

5.3 Удаление водорода

    Удаление водорода заключается в помещении болтов в печь при температуре около 200 ° C для запекания, чтобы водород в болтах объединялся в молекулы водорода и улетучивался. Ключом к улучшению эффекта удаления водорода является: во-первых, своевременное удаление водорода после нанесения покрытия; во-вторых, поддерживать как можно более высокую температуру удаления водорода; в-третьих, время удаления водорода должно быть достаточно большим.

    Своевременное удаление водорода после нанесения покрытия имеет большое влияние на улучшение эффекта удаления водорода. Общий стандарт предусматривает, что не более 4 часов после нанесения покрытия, а некоторые стандарты иностранных предприятий предусматривают удаление водорода в течение 3 часов. Фактически, многие компании сократили временной интервал между гальваникой и удалением водорода до менее 1 часа, чтобы улучшить эффект удаления водорода.

    Чем выше температура удаления водорода, тем лучше эффект удаления водорода, но он не может приблизиться или достичь температуры отпуска материала, в противном случае это повлияет на характеристики материала.

    Время удаления водорода должно быть разным в зависимости от прочности болта. Чем выше прочность, тем больше требуется времени для удаления водорода. Согласно соответствующим стандартам (например, QJ 452), температура удаления водорода из болтов 30CrMnSiA должна составлять 190 ~ 210 ℃, а время удаления водорода должно быть не менее 8 часов.

    Следует отметить, что слишком короткое время удаления водорода не только не поможет снизить содержание водорода, но и увеличит его содержание. На рисунке 9 показана взаимосвязь между временем удаления водорода и степенью охрупчивания деталей после нанесения покрытия в различных ваннах. Из рис. 9 видно, что степень охрупчивания за 2 ч ～ 4 ч удаления водорода выше, чем без удаления водорода. Это связано с тем, что концентрация водорода, поглощаемого поверхностным слоем детали, является наибольшей после гальваники. В начале обжига водород, адсорбированный на поверхности, быстро диффундирует и перетекает в воздух, с одной стороны, и ускоряется, чтобы диффундировать в металл, с другой стороны.

изображение

5.4 Покрытие без водородной хрупкости

    Использование технологии покрытия без водородного охрупчивания - это технология, позволяющая полностью избежать водородного охрупчивания. С 1960-х по 1980-е годы США, Германия, Франция, Япония и другие страны разработали некоторые покрытия без водородного охрупчивания. Для этих покрытий не требуется катодного электроосаждения и отсутствует процесс поглощения водорода, поэтому они называются «покрытиями, не обеспечивающими водородное охрупчивание». Их можно использовать для покрытий болтов, таких как механическое цинкование, порошковое покрытие, покрытие дакромет и т. Д. В настоящее время наиболее широко используемым покрытием является покрытие Dacromet.