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            直接說結論:以合金鋼作原料生產的10.9級、12.9級、14.9級高強度螺栓、以及碳鋼熱處理加硬的螺栓,在電鍍后(或僅酸洗后),必須在第一時間除氫脆處理,除氫脆處理的方法是:200度烘箱加熱3-4小時析出氫原子。


             

            氫脆通常表現為鋼材的塑性顯著下降,脆性急劇增加,并在靜載荷下(往往低于材料的σb)經過一段時間后發生破裂破壞的趨勢。眾所周知,氫在鋼中有一定的溶解度。煉鋼過程中,鋼液凝固后,微量的氫還會留在鋼中。通常生產的鋼,其含氫量在一個很小的范圍內。氫在鋼中的溶解度隨溫度下降而迅速降低,過飽和的氫將要析出。

            氫是在鋼鐵中擴散速度最快的元素,其原子半徑最小,在低溫區仍有很強的擴散能力。如果冷卻時有足夠的時間使鋼中的氫逸出表面或鋼中的氫含量較低時,則氫脆就不易發生。如果冷卻速度快,鋼件斷面尺寸比較大或鋼中氫含量較高時,位于鋼件中心部分的氫來不及逸出,過剩的氫將進入鋼的一些缺陷中去,如枝晶間隙、氣孔內。若缺陷附近由于氫的聚集會產生強大的內壓而導致微裂紋的萌生與擴展。這是由于缺陷吸附了氫原子之后,使表面能大大降低,從而導致鋼材破壞所需的臨界應力也急劇降低。

             

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            氫脆的原因

            (0)電鍍和酸洗

            酸洗過程的滲氫是一個相當復雜的過程,即涉及腐蝕的共軛步驟,又涉及氫在金屬表吸附和析出的以及浸入金屬內部的并、串聯步驟,還涉及到應力腐蝕的深層次問題。強度越高的工件,在電鍍和酸洗過程中氫脆的風險越大。

            (1)環境因素
            如鋼在含氫量較高的環境中,如水、酸、氫氣中時,氫通過吸附在鋼鐵表而擴散,造成鋼變脆。同時氫分壓對氫裂紋擴展速度有明顯的影響,提高氫氣壓力會增加氫脆敏感性。

            (2)高強度和熱處理
            一般來說,鋼的強度越高,氫脆敏感性越大。國外一些發達國家明文規定“高強度鋼不準酸洗”就是為了防止氫脆。熱處理
            鋼的氫脆與其顯微組織和熱處理有密切的關系,實驗和事實標明,該組織在熱力學上穩定性愈差,則氫脆的敏感性愈大。例如珠光體、鐵素體組織的氫脆傾向遠低于馬氏體,而且網狀分布的高碳馬氏體最敏感。

            防氫脆措施

            (0),驅氫(除氫)處理。經過酸洗工件,進行200℃×3~4h驅氫處理。

            (1)酸洗工藝的改進。如,降低酸濃度。用低濃度酸洗工藝對降低酸液消耗,改善環境,提高工件表面質量有明顯的經濟效益和社會效益,同時亦減輕了工件滲氫程度。其次,也可采用多功能的高效除油除銹劑。近年來出現了“二合一”等多種除油除銹劑和快速除銹劑應用較普遍,這是鋼鐵酸洗工藝的一大進步。也可引入多功能的緩抑制。多功能的緩抑劑具有緩蝕與抑霧功能,不僅酸洗速度快,而且阻抑滲氫的功能較強,緩蝕率高。

            (2),減少酸洗時間。鋼鐵在酸洗液中的滲氫量酸洗時間成正比,不要酸洗時間過長。

            (3),先去應力腐蝕再酸洗(僅適合某些特殊的工件)。關注應力腐蝕問題。應力腐蝕開裂是指工件在受到靜載拉應力和特定的腐蝕環境聯合作用下,導致材料發生脆性開裂的過程。經過校直的淬火件,不管是正擊還是反擊,凡經校直過的工件一定先去應力再酸洗,否定氫脆致裂或變脆的幾率相當大。

            (4),防止金屬雜質污染酸洗液。業已查明,當酸洗液中含有P、As、Sn、Hg、Pb、Zn、Cd等金屬雜質時,會促進滲氫量增加,加劇氫脆斷裂傾向。

             

            4、氫脆試驗方法

            在熱處理產業鏈上,多道工序需要酸洗,如淬火后回火前的酸洗、回火后噴砂前酸洗、蒸汽處理或氧氮化前酸洗、TiN等表面強化前的酸洗以及電鍍如果因熱處理或表面處理產生了滲氫,應在盡可能短的時間內驅趕,使構件不至于因氫脆破壞失效。產生了氫脆也可以通過試驗方法測定。

            以前的航空部為測氫脆曾制訂過標準(HB5067)可供參考。該標準規定了用延遲破壞的方法,試驗和鑒定抗拉強度≥1275MPa的結構鋼和高強度鋼經電鍍和化學覆蓋工藝處理后的氫脆性能。

            (1)方法原理
            結構鋼和高強度鋼由于氫和應力的作用,在小于屈服強度的靜載荷下持續一定時間就會發生早期的脆性斷裂。

            (2)氫脆試樣的技術要求
            主要有四點:
            第一,試樣材料。應用與產品零件相同的材料制作,熱處理至抗拉強度的上限(硬度與抗拉強度有一定的對應關系)。

            第二,試樣的形狀和尺寸。延遲破壞的試樣形狀和尺寸應符合下圖的規定,除圖中已注明的尺寸公差外,其他尺寸公差應符合國家形位公差相關規定。

            第三,試樣的制造。按圖沿材料的順纖維方向加工試樣,粗加工后熱處理至所要求的抗拉強度,然后精加工至規定尺寸,缺口用中軟細粒氧化鋁砂輪磨制。磨削時應保證缺口根部半徑圓滑。磨削后投影檢查,確保缺口尺寸符合圖紙要求。逐根測量缺口根部直徑(圖中為φ4.5±0.05mm)的尺寸,并做好編號記錄。

            氫脆

            第四,試樣在鍍蓋前都應消除磨削應力,消除應力的最高溫度應比該工件的回火溫度低10~20℃,同時要避開材料回火脆性區,以保證消除應力后的試樣硬度不會下降。

            (3)試驗方法
            按要求的鍍覆工藝對試樣進行預備處理和鍍覆。帶有鍍層的試樣其缺口的鍍層厚度應不小于12~18μm。鍍覆層應一次完成,不允許退鍍或重復電鍍。鍍覆后,試樣應盡快地(不超過3h)進行除氫。除氫的規范應符合工件或該鋼的鍍覆工藝規范的規定。

            延遲破壞試樣根據總載荷可在適當噸位的持久試驗機上進行。加載時按鍍覆前缺口根部尺寸計算試樣的截面積。試樣承受的靜載荷數為未鍍覆試樣的缺口抗拉強度的75%,記錄斷裂時間。
            未鍍覆試樣的缺口抗拉強度應是3~5個試樣的平均值。

            (4)結果評定
            用6根平等的試樣進行延時破壞試驗,在規定的載荷下200h都不破斷,則認為該鋼經此鍍覆工藝氫脆性能合格。如果有一個試樣破斷時間小于200h則認為氫脆性能不合格。

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