Водородная хрупкость болтов из легированной стали (5)
5.5 Используйте коррозионно-стойкие материалы для изготовления болтов.
Самым большим преимуществом использования коррозионно-стойких материалов для изготовления болтов является отсутствие необходимости в гальванике, что полностью исключает угрозу водородного охрупчивания. На авиакосмических аппаратах европейских и американских стран для изготовления болтов используется большое количество материалов, не требующих гальваники. Эти материалы включают:
● Сплав на основе железа А286 (GH2132) с уровнем прочности 1100МПа;
● Сплав на основе никеля (GH738) с уровнем прочности 1250 МПа;
● Inconnel 718 (GH4169), сплав на основе никеля с уровнем прочности 1550 МПа;
● Никель-кобальтовый сплав МП35Н (ГХ159) с уровнем прочности 1800МПа;
● Сверхпрочная нержавеющая сталь дисперсионного твердения.
В настоящее время отечественные условия создали условия для использования коррозионно-стойких материалов для изготовления высокопрочных болтов. Обычно используемые материалы для изготовления болтов с пределом прочности на разрыв около 1100 МПа - это суперсплав GH2132 и титановый сплав TB3, TC4 и так далее.
Высокотемпературный сплав GH2132 (зарубежный аналог A286) - это суперсплав на основе железа с превосходной коррозионной стойкостью, высокими температурными характеристиками и сверхнизкотемпературными характеристиками. Он имеет высокий предел текучести, выносливость и сопротивление ползучести при высокой температуре 650 ° C. После термообработки предел прочности при растяжении (при нормальной температуре) составляет более 920 МПа, а относительное удлинение (5) не менее 15%. Институт авиационных материалов также разработал специальную спецификацию Q / 6S 1032-1992 «Стержни из сплава YZGH2132 для высокотемпературных креплений», которые имеют предел прочности на разрыв до 1100 МПа. В настоящее время этот материал широко используется в аэрокосмической промышленности для изготовления болтов и самоконтрящихся гаек не только при комнатной температуре, но также при высокой температуре (650 ° C) и сверхнизкой температуре (-196 ° C).
Коррозионная стойкость титановых сплавов ТВ3 и ТС4 очень хорошая, а прочность после твердого раствора и старения может достигать 1100 МПа. Поскольку гальваника не требуется, разрушение из-за замедленного водородного охрупчивания обычно не происходит, но если содержание водорода слишком высокое, это вызовет охрупчивание материала. В настоящее время титановый сплав в качестве материала для болтов широко используется в аэрокосмической области.
Жаропрочный сплав на никелевой основе ГХ738 (соответствующий зарубежным маркам wasploy) обладает высокой коррозионной стойкостью, высоким пределом текучести и усталостными характеристиками, не требует гальваники. Рабочая температура выше 730 ℃. После термообработки предел прочности при комнатной температуре превышает 1250 МПа. Материалы, соответствующие стандарту Q / 6S 1035-1992 «Стержни из сплава GH738 для высокотемпературных крепежных деталей», использовались для производства высокотемпературных самоконтрящихся гаек для аэрокосмических моделей.
Высокотемпературный сплав на основе никеля GH4169 (соответствующий инконель 718 за рубежом) обладает хорошими комплексными характеристиками в условиях высоких и низких температур, предел текучести ниже 650 ℃ занимает первое место среди всех видов суперсплавов и обладает хорошей усталостной прочностью, радиационной стойкостью и прочностью. Устойчивость к окислению, коррозионная стойкость и хорошие рабочие характеристики - это обычно используемые материалы для конструкций аэрокосмических аппаратов, а также широко используемые материалы для изготовления крепежных деталей. После того, как сплав подвергнется нормальной горячей осадке и старению в твердом растворе, предел прочности при растяжении может достигать более 1280 МПа, а относительное удлинение (5) может достигать более 15%. Если добавлен соответствующий процесс холодной деформации, предел прочности материала на разрыв может быть увеличен до более чем 1550 МПа, а относительное удлинение (δ5) - более 8%. Поверхность детали обычно готова к использованию после пассивации без гальваники. Использование сплава GH4169 для изготовления болтов может не только полностью избежать проблемы водородного охрупчивания болтов, но также решить вопрос адаптируемости болтов к условиям высоких и низких температур. С этой целью Институт авиационных материалов выпустил корпоративный стандарт Q / 6S 1034-1992 «Стержни из сплава GH4169 для высокотемпературного крепления деталей».
Нержавеющая сталь с дисперсионным твердением - это высокопрочная нержавеющая сталь, которая может быть упрочнена термической обработкой. После надлежащей термической обработки (в том числе криогенной обработки) предел прочности на разрыв этого типа материала может достигать более 1400 МПа или даже более 1600 МПа, а также он имеет неплохую ударную вязкость. К этому типу материала относятся американские 17-7PH, 17-5Mo и др. 0Cr12Mn5Ni4Mo3Al - это сплав с низким содержанием никеля, независимо разработанный моей страной с 1960-х по 1970-е годы, широко известный как «69111». Сплав представляет собой полуаустенитную дисперсионно-твердеющую нержавеющую сталь с контролируемым фазовым превращением. Его коррозионная стойкость находится между аустенитной нержавеющей сталью и мартенситной нержавеющей сталью. После термообработки предел прочности при растяжении может достигать более 1600 МПа, а относительное удлинение (δ5) достигает более 14%, а усадка площади (ψ) может достигать более 50%. Предварительные испытания показывают, что нержавеющая сталь 69111 не только имеет высокий предел прочности на разрыв, но также обладает хорошими пластичностью, ударной вязкостью и усталостными свойствами. Он может стать идеальным материалом для изготовления сверхпрочных болтов. Он был утвержден в качестве стандарта на болты в аэрокосмической промышленности.
Разрушение металлических материалов в результате водородного охрупчивания представляет собой сложный процесс физических и химических изменений. Есть еще много проблем, которые требуют от людей продолжения исследования и изучения. Однако до тех пор, пока мы понимаем основные механизмы и законы разрушения болта из-за водородного охрупчивания и тщательно принимаем необходимые меры предосторожности, мы определенно можем предотвратить разрушение болта из-за водородного охрупчивания и устранить скрытые риски для качества механического оборудования.
