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合金鋼螺栓發生氫脆斷裂因素



發布時間:2019/12/24 15:03:31 點擊次數:508次

合金鋼螺栓作為一種金屬緊固的連接件,金屬緊固螺栓的使用非常廣泛,很多大型機械的連接件都會使用到金屬緊固螺栓進行連接,就如:合金鋼螺栓。這種緊固件螺栓使用過程中有一種常見的問題就是氫脆斷裂,螺栓一點斷裂會直接影響到機械的正常使用,對于生產機械來說,螺栓突然發生氫脆斷裂會造成一些損失。中華標準件網根據進行分析,分享出以合金鋼為列的緊固件螺栓氫脆斷裂的具體因素以及預防措施。

合金鋼螺栓斷裂口形貌觀察

斷裂的合金鋼螺栓示意圖如圖1所示,圖1中箭頭所指位置即為螺栓斷裂的位置,可以看出斷裂位置恰好處于螺帽和螺紋發生機械咬合的位置。

圖1螺栓斷裂位置示意圖

圖2為電鏡下螺栓斷面的截面形貌圖,由圖2可以看出斷口截面和螺栓的軸線成90°,從斷面形貌上沒有觀察到塑性變形的痕跡。從金屬緊固螺栓的斷口顏色上看斷口主要呈現出銀灰色,可觀察到摻雜于銀灰色斷面之中的棕褐色氧化物存在。

圖2斷口截面圖

如果金屬緊固螺栓發生氫脆斷裂,是不可修復的,只能更換新的,而且氫脆只可防,是不可治。氫脆一經產生,就消除不了。在材料的冶煉過程和零件的制造與裝配過程(如電鍍、焊接)中進入鋼材內部的微量氫(10的負6次方量級)在內部殘余的或外加的應力作用下導致材料脆化甚至開裂。

合金鋼螺栓氫脆斷裂原因:

(1)外部環境引入氫。當金屬緊固螺栓長期暴露于潮濕的服役環境中時會有部分氫滲入,或者在雨水較多的地區服役時金屬緊固螺栓中由于氫脆導致斷裂的比例更高。但考慮到本研究所述的金屬緊固螺栓應用在我國北方,氣候條件相對較為干燥,服役環境也很少有雨水進入,因此基本可以排除是由于外部環境導致氫脆斷裂。

(2)酸洗時引入氫。合金鋼金屬緊固螺栓在其加工過程中需要經過酸洗和電鍍的過程,這兩個過程很容易引入氫原子。反復研究合金鋼金金屬緊固螺栓的酸洗過程可知,酸洗磷皂化和磷化的過程都有引入氫的可能性,特別是磷化工藝中,在磷酸的作用下,鐵和Fe,C形成無數原電池,在陽極區工件表面形成磷化膜,在陰極區則放出大量的氫。因此,加工過程中的吸氫應該為斷裂螺栓主要的氫來源。

(3)熔煉過程未完全去除氫。合金鋼金屬緊固螺栓在熔煉的過程中有一些氫原子存留是無法避免的問題,這和熔煉過程中的溫度條件、環境條件以及熔煉過程控制都有較大的關聯。如果金屬緊固螺栓在其熔煉過程中確實有部分氫原子殘留,這些殘留的氫原子就會在氫脆的產生過程中對合金鋼金屬緊固螺栓的斷裂過程起到促進作用。

合金鋼螺栓斷裂為氫致延遲型脆性斷裂,是在應力和氫共同作用下導致的斷裂。預防合金鋼螺栓氫脆斷裂需要依據氫脆斷裂的機理綜合考慮。根據所需抗拉強度的不同,選擇適當的材料,選用合理的加工工藝(包括熱處理工藝、電鍍工藝和酸洗工藝),采取嚴格的預防措施。

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