螺丝氢脆是如何产生的,危害有哪些,如何防止
关于紧固件氢脆问题
1、螺纹紧固件氢脆产生的原因及危害
螺纹紧固件在制造的过程(如:调质(淬火+高温回火)、氰化、渗炭、化学清洗、磷化、电镀、滚压碾制和机加工(不适当的润滑而烧焦)等工序)和服役环境中,由于阴极保护的反作用或腐蚀的反作用,氢原子有可能进入钢或其他金属的基体,并滞留在基体内,在低于屈服强度(合金的公称强度)的应力状态下,它将可能导致延伸性或承载能力的降低或丧失、裂纹(通常是亚微观的),直致在服役过程或储存过程中发生突然断裂,造成严重的脆性失效。螺纹紧固件,尤其是高强度紧固件经冷拔、冷成形、碾制螺纹、机加工、磨削后,再进行淬硬热处理、电镀处理,极易受氢脆的破坏。导致紧固件氢脆的原因很多,但是电镀处理工序是关键的因素之一。
紧固件由于氢脆产生的脆性断裂,一般发生的很突然,是无法预料的,故这种失效的形式造成的后果是很严重的。尤其是在有安全性能要求时,减少氢脆的产生是很有必要的,因此,电镀紧固件去除氢脆是一项很重要的工作工作。
2、紧固件易产生氢脆失效危险的情况及特征
A、高抗拉强度或硬化或表面淬硬;
B、吸附氢原子;
C、在拉伸应力状态下。
随着零件硬度的提高、含碳量的增加、冷作硬化程度的强化,在酸洗和电镀过程中。氢的溶解度和因此产生吸收氢的总量也将增加,也就是芹镇说零件的氢脆敏感性就越强。直径较小的零件比直径较大的零件氢脆敏感性就强。
3、减少电镀紧固件氢脆的措施
A、加工硬度大于或等于320HV的电镀紧固件,在清洗过程前,应增加应力释放过程;在清洗过程中,应使用防腐蚀酸、碱性或余纯机械方法进行。浸入到防腐酸的时间尽可能的设计为最小持续时间。
B、硬度超过320HV的紧固件在进行冷拔、冷成形、机械加工、磨削后进行热处理工序时,则应符合ISO9587D的规定;
C、应尽可能避免有意引入残余应力办法。如:螺栓、螺钉在热处理后碾制螺纹;
D、经热处理或冷作硬化的硬度超过385HV或性能等级129级及其以上的紧固件不适宜采用酸洗处理,应使用无酸的特殊方法,如:碱性清洗、喷砂等方法。
E、热处理或冷作硬化的硬度超过365HV的紧固件,应采用大阴极功率电镀溶液电镀工艺。
F、钢制紧固件为了进行电镀,表面应经特殊处理,即经最小浸入时间清洗后再进行电镀。
G、选择合适的镀层厚度,因为,镀层厚度的增加,增加了氢释放的难度;
H、以下紧固件产品电镀后必须进行去处氢脆处理:
①、 性能等级大于或等于109级的螺栓、螺钉和螺柱;
②、 硬度大于或等于372HV的弹性垫圈或弹性垫圈组合件;
③、 性能等级大于或等于12级的螺母;
④、 自攻螺钉、自攻自钻螺钉、自攻锁紧螺钉等表面淬硬类紧固件;
⑤、 抗拉强度大于或等于1000Mpa或硬度大于或等于365HV金属弹性夹等紧固件。
4、去的除氢脆措施
去除氢脆的措施实际上就是烘干过程,可以说是为了使氢脆减少到最小,在给定的温度下和规定的时间内,将零件加热的过程。电镀后烘干过程就是将钢中的氢蒸发和不可逆收集而释放氢原子的过程,在标准附录A中给出了烘干过程的详细资料。根据零件的产品品种、几何形状、材料、性能等级或硬度、清洗工艺、镀层种类及电镀工艺的不同,制定的烘干工艺也不同。
去嫌毁粗除氢脆时应注意以下几点:
A、不应采用超过零件回火的温度进行烘干;
B、烘干过程应最好在电镀后(最好在一小时内),铬酸盐钝化处理前立即进行;
C、烘干温度在200℃---230℃是合理的,一般采用较低的烘干温度和较长的烘干时间;
D、烘干持续时间在2h—24h内选取,一般8h是烘干持续时间的典型示例。
螺母及紧固件生产过程中有哪些重要危险源,如何控制,紧固件咨询顾问俞文龙认为螺母及紧固件生产过程中重要危险源有:材料压伤,行车操作,冲床,机床运作,热处理,表面处理,控制的话就是必要的保护措施,相应的检测,及人员的安全教育。怎么办好螺丝螺母厂,紧固件咨询顾问俞文龙认为螺丝螺母厂想办好,皮腔一是要定位好客户,定燃链衫位好产品,同样是做螺丝螺母,由于客户定位不同,产品对象不同,同样的螺丝螺母,销售价格相差几倍。紧固件咨询顾问俞文龙认为,最好自己查相关资料,网上得来总是假,碰到不懂装懂的,随便应答的,根本就是唤埋假的或骗人的就直接误导你,甚至害惨你。
一、材质缺陷
当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时,将会严重降低其塑性和韧性,脆性则相应增大。主要原因有两点:(1)偏聚于原始奥氏体晶界,促使品界脆化。(2)化学反应在基体中形成脆性微裂纹起源核心,使微裂纹成核源增加,导致脆断容易发生。减少钢中硫、磷含量是改善钢断裂韧性的重要途径,特别是超高强度钢。选用适宜的冶炼方法是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径,与普通电炉炼钢法相比,采用真空冶炼能提高钢的纯度,超高强度钢一般用真空自耗炉或真空电弧炉重熔,以减少钢中杂质和偏析,以提高钢断裂韧性。影响偏析的主因是炼钢方法和冶炼技术,偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。
二、应力集中
当钢材在某一局部出现应力集中,则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态,从而导致脆性破坏。应力集中越严重,钢材的塑性降低愈多,同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关。
三、金属加工油的选用
生产纯祥紧固件所使用的金属加工油在很大程度上影响了工件的质量。根据工件的材质、加工工艺、工件的成型次数、变形量大小、加工设备等因素,选用合适的金属加工油可以从提高生产效率,避免因菜籽油、废机油等非专用油品产生的工件划痕、拉毛、拉伤、断裂等问题产生。
四、加工环境
当螺栓受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时,螺栓脆性破坏的可能性增大。在0℃以上,当温度升高时,钢材的强度及弹性模量均有变化,一般是强度降低,塑性增大。温度在200℃以内时,钢材的性能没有多大变化。但在250℃左右钢材的抗拉强度反弹,而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”,此时进行热加工钢材易发生裂纹。当温度达600℃以上时钢结构几乎完全丧失承载力。当温度在0℃以下,随温度降低,钢材强度略有提高,而塑性韧性降低,脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间时,钢材的冲击韧性值急剧下降,出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”,产生的裂轮数纹称为“冷裂纹”。
五、加载速率的影响
大量实验表明,高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加,一般认为其影响与降低温度相当。随着变形速率的增大,材料的屈服强度将会增加,其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移,因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热激活时间减少,使脆性转变温度提高,所以易于产生脆断。当试件上有缺口时,应变速率的影响更为显著。脆性裂纹一经产生,裂纹尖端就会有很严重的应力集中,这一急骤增加的应力,相当于一个加载速率很高的荷载,使裂纹迅速失稳扩展,最后使整个结构发生脆性破坏。
综合上述原因,材质缺陷、应力集中、加工环境、油品选用及加腊裤首载速率是影响紧固件断裂的主要因素。
紧固件热处理后的氢脆现象是什么?应该注意什么?请看中达咨询编辑的文章。
紧固件的氢脆是由于在早期处理过程中有氢原子进入材料内部。多数情况下,紧固件在承受静态拉伸载荷的条件下发生氢脆。在进行高应变速率材料试验,如普通拉伸试验时,不易发生氢脆。氢原子通常向材料中承受三向应力的区域扩散。材料中的应力水平与系统中氢的聚集程度将影响氢扩散到陷阱位置的比例。氢在陷阱位置的聚集将使得材料的断裂应力下降,以致在材料中出现裂纹形成、裂纹扩展及至失效等现象。氢在承受静载的紧固件中的扩散可以通过氢脆断裂前的延迟时间而直接观察到。由于材料的氢脆倾向、材料中氢的总量、氢的扩散比以及旋加应力水平的不同,氢脆断裂时间延迟的变化很大,从几分钟到培卜几天或几周不等。 如果紧固件在处理过程中曾经接触过具有氢离子的环境,它就有可能发生氢脆。在钢发生化学或电化学反应的过程中产生氢的任何处理都将使氢进入材料,从而增加材料的氢脆倾向。汽车工业中使用的钢质紧固件在环境腐蚀、阴极电解除油、酸液去氧化皮、化学清洗、发黑和电镀一类的化学转化膜处理条件下,都将与活性氢原子直接接触。由于电镀处理过程将产生氢,其对钢制紧固件氢的吸收所起作用最大。电镀过程中吸收氢的总量在很大程度上取决于电镀液的效率。总的来说,高效电镀处理产生的氢比低效电镀处理产生的氢要少。电镀滚桶中电镀液装载量的过多或过少等因素将对电镀处理的效率产生很大的影响。 其它与钢作用时产生氢的过程,如酸洗、热处理后去氧化皮或镀前处理,其影响也都是不容忽视的。John-son的研究很好地描述了浸入酸液对钢的韧性的影响。紧固件处理过程中对氢的吸收是累积性的。单一的某种处理引入零件的氢或许不足以导致氢脆,但多种处理引入零件的氢的累积却有可能导致氢脆。 电镀或清洗过程中氢吸收的不利影响可在电镀后的加热处理(通常是指烘烤)过程中予以消除或减轻。氢脆危害的严重程度通常取决于紧固件的强度级别和/或冷加工状况。Troiano曾经给出过失效时间与氢含量及烘烤时间之间的关系。通过烘烤,材料中氢的聚集减轻,失效时间和较低的临界应力水平则得以延长和提高。这里,临界应力水平是指低于其下就不会发生氢脆的应力水平,类似于疲劳极限。 烘烤时间是否足够主要取决于材料的硬度级别、电镀过程、镀层类型和镀层厚度。经电镀处理的较低硬度水平(≤35HRC)的紧固件一般应至少烘烤4小时;同样的镀层,但硬度水平较高(≥36HRC)的紧固件一般应至少烘烤8小时。曾有建议指出硬度在31~33HRC之间的紧固件应烘烤8小时;硬度在33~36HRC之间的紧固件应烘烤10小时;硬度在36~39HRC之间的紧固件烘烤12小时。硬度在39~43HRC之间的紧固件应烘14小时。烘烤工艺的制订应同时考虑到紧固件的硬度水平与镀层类型。
镀层在一定程度上可以起到氢扩散障碍的作用,这将阻碍旅运氢向紧固件外的扩散。一般来说,氢透过疏松涂层向紧固件外扩散比透过致密涂层向外扩散要容易。镀锌层与较致密的镀镉之间即有这种差别。为了使尽可能多的氢扩散出材料,有必要采取更长的烘烤时间。AWGrobinJr认为,当镀层的厚度超过配镇穗25μm时,氢从钢中扩散出去就将比较困难。在这种情况下,镀锌层就成了氢扩散的障碍。可以认为,在这种情况下进行烘烤处理实际上使氢重新分布到了材料中的各个陷阱位置。 紧固件的氢脆失效的汽车工业中早已引起了人们的广泛关注。这种失效不期而至,给汽车公司和紧固件供应商增加了很大的负担,不仅使其在经济上蒙受损失,而且还对公司的用户满意度以及汽车的安全性构成威胁。 防止紧固件的氢脆失效在汽车工业中日益受到重视。遭受氢脆危害的紧固件可在实际应力远低于材料抗拉强度的条件下,于装配后的数分钟内发生早期失效。在汽车装配车间,紧固件的氢脆失效将使生产效率大大降低。对有潜在氢脆失效率危险的汽车必进行逐一检查,并使用新的可靠的紧固件替换所有可疑的紧固件,而更换紧固件将耗费大量时间。更换氢脆破坏的紧固件对于汽车制造商和紧固件制造商都将是不小的负担。
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