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    緊固件熱處理后的氫脆現象

    發布者: 發布時間:2017/3/10 10:01:16 閱讀:次 【字體:

      緊固件的氫脆是由于在早期處理過程中有氫原子進入材料內部。多數情況下,緊固件在承受靜態拉伸載荷的條件下發生氫脆。在進行高應變速率材料試驗,如普通拉伸試驗時,不易發生氫脆。氫原子通常向材料中承受三向應力的區域擴散。材料中的應力水平與系統中氫的聚集程度將影響氫擴散到陷阱位置的比例。氫在陷阱位置的聚集將使得材料的斷裂應力下降,以致在材料中出現裂紋形成、裂紋擴展及至失效等現象。氫在承受靜載的緊固件中的擴散可以通過氫脆斷裂前的延遲時間而直接觀察到。由于材料的氫脆傾向、材料中氫的總量、氫的擴散比以及旋加應力水平的不同,氫脆斷裂時間延遲的變化很大,從幾分鐘到幾天或幾周不等。

      如果緊固件在處理過程中曾經接觸過具有氫離子的環境,它就有可能發生氫脆。在鋼發生化學或電化學反應的過程中產生氫的任何處理都將使氫進入材料,從而增加材料的氫脆傾向。汽車工業中使用的鋼質緊固件在環境腐蝕、陰極電解除油、酸液去氧化皮、化學清洗、發黑和電鍍一類的化學轉化膜處理條件下,都將與活性氫原子直接接觸。由于電鍍處理過程將產生氫,其對鋼制緊固件氫的吸收所起作用最大。電鍍過程中吸收氫的總量在很大程度上取決于電鍍液的效率?偟膩碚f,高效電鍍處理產生的氫比低效電鍍處理產生的氫要少。電鍍滾桶中電鍍液裝載量的過多或過少等因素將對電鍍處理的效率產生很大的影響。

      其它與鋼作用時產生氫的過程,如酸洗、熱處理后去氧化皮或鍍前處理,其影響也都是不容忽視的。John-son的研究很好地描述了浸入酸液對鋼的韌性的影響。緊固件處理過程中對氫的吸收是累積性的。單一的某種處理引入零件的氫或許不足以導致氫脆,但多種處理引入零件的氫的累積卻有可能導致氫脆。

      電鍍或清洗過程中氫吸收的不利影響可在電鍍后的加熱處理(通常是指烘烤)過程中予以消除或減輕。氫脆危害的嚴重程度通常取決于緊固件的強度級別和/或冷加工狀況。Troiano曾經給出過失效時間與氫含量及烘烤時間之間的關系。通過烘烤,材料中氫的聚集減輕,失效時間和較低的臨界應力水平則得以延長和提高。這里,臨界應力水平是指低于其下就不會發生氫脆的應力水平,類似于疲勞極限。

      烘烤時間是否足夠主要取決于材料的硬度級別、電鍍過程、鍍層類型和鍍層厚度。經電鍍處理的較低硬度水平(≤35HRC)的緊固件一般應至少烘烤4小時;同樣的鍍層,但硬度水平較高(≥36HRC)的緊固件一般應至少烘烤8小時。曾有建議指出硬度在31~33HRC之間的緊固件應烘烤8小時;硬度在33~36HRC之間的緊固件應烘烤10小時;硬度在36~39HRC之間的緊固件烘烤12小時。硬度在39~43HRC之間的緊固件應烘14小時。烘烤工藝的制訂應同時考慮到緊固件的硬度水平與鍍層類型。鍍層在一定程度上可以起到氫擴散障礙的作用,這將阻礙氫向緊固件外的擴散。一般來說,氫透過疏松涂層向緊固件外擴散比透過致密涂層向外擴散要容易。鍍鋅層與較致密的鍍鎘之間即有這種差別。為了使盡可能多的氫擴散出材料,有必要采取更長的烘烤時間。A.W.GrobinJr.認為,當鍍層的厚度超過2.5μm時,氫從鋼中擴散出去就將比較困難。在這種情況下,鍍鋅層就成了氫擴散的障礙?梢哉J為,在這種情況下進行烘烤處理實際上使氫重新分布到了材料中的各個陷阱位置。

      緊固件的氫脆失效的汽車工業中早已引起了人們的廣泛關注。這種失效不期而至,給汽車公司和緊固件供應商增加了很大的負擔,不僅使其在經濟上蒙受損失,而且還對公司的用戶滿意度以及汽車的安全性構成威脅。

      防止緊固件的氫脆失效在汽車工業中日益受到重視。遭受氫脆危害的緊固件可在實際應力遠低于材料抗拉強度的條件下,于裝配后的數分鐘內發生早期失效。在汽車裝配車間,緊固件的氫脆失效將使生產效率大大降低。對有潛在氫脆失效率危險的汽車必進行逐一檢查,并使用新的可靠的緊固件替換所有可疑的緊固件,而更換緊固件將耗費大量時間。更換氫脆破壞的緊固件對于汽車制造商和緊固件制造商都將是不小的負擔。

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