Kruchość wodorowa śrub ze stali stopowej (2)
3 Materiały, zawartość wodoru i kruchość wodorowa
3.1 Wartość progowa kruchości wodorowej materiałów
Materiał musi zawierać wystarczającą ilość wodoru, aby mikropęknięcia w materiale mogły nadal się rozszerzać i rozszerzać. Jednakże, ponieważ zawartość wodoru jest ściśle związana z pozostałymi dwoma pierwiastkami, nie można powiedzieć, że kruchość wodorowa wystąpi po osiągnięciu przez zawartość wodoru określonej wartości, ani też nie można powiedzieć, że kruchość wodorowa nie wystąpi, gdy zawartość wodoru osiągnie wartość pewna wartość. Innymi słowy, pewna zawartość wodoru może powodować pękanie kruchości wodorowej materiałów wrażliwych na kruchość wodorową o wysokiej kruchości wodorowej, ale może powodować pękanie kruchości wodorowej materiałów wrażliwych na niską kruchość wodorową. Innymi słowy, wartość progowa kruchości wodorowej różnych materiałów jest różna.
Niektórzy uważają, że pęknięcie kruchości wodorowej nastąpi, gdy zawartość wodoru w stali osiągnie od 5 ppm do 10 ppm (5 × 10-6 do 10 × 10-6), ale w rzeczywistości nawet jeśli przekracza 10 ppm (10 × 10 - 6), nie może wystąpić pęknięcie kruche wodorowe; a kruchość wodorowa może wystąpić, nawet jeśli zawartość wodoru wynosi od 1 ppm do 2 ppm (1 × 10-6 ～ 2 × 10-6). Dzieje się tak, ponieważ zawartość wodoru nie jest jedynym czynnikiem powodującym pękanie kruchości wodorowej. Tak długo, jak długo jest silnie skoncentrowany we wrażliwym obszarze koncentracji naprężeń lub obszarze defektu materiału, spowoduje to wystarczające ciśnienie, aby rozbić materiał, a pobieranie próbki podczas pomiaru wodoru na ogół nie znajduje się w obszarze stężenia ciśnienia lub w obszarze defektu materiału materiału. Dlatego w przypadku materiałów ze stali stopowej
3.2 Ostateczne statyczne naprężenie rozciągające przenoszone przez materiał
Naprężenie jest siłą napędową rozszerzania się i rozszerzania mikropęknięć w materiale i zależy od naprężenia, jakim poddawany jest materiał. Jeśli materiał nie jest poddawany naprężeniom zewnętrznym (takim jak śruba, która jest umieszczona, ale nie jest obciążona), pęknięcie kruchości wodorowej na ogół nie wystąpi nawet w przypadku wrażliwych materiałów o wysokiej zawartości wodoru. Im większe naprężenie, tym szybsze tempo wzrostu mikropęknięć i krótszy czas wystąpienia opóźnionego pęknięcia. Ponieważ rozwój mikropęknięć zajmuje pewien czas, naprężenie musi być statyczne lub przyłożone powoli.
Wspomniane tutaj naprężenie musi być naprężeniem rozciągającym, a nie ściskającym, oraz naprężeniem generowanym przez obciążenie statyczne lub powoli przyłożone. To naprężenie rozciągające obejmuje nie tylko naprężenie rozciągające, gdy materiał jest poddawany obciążeniu zewnętrznemu, ale także szczątkowe naprężenie rozciągające generowane przez materiał podczas obróbki skrawaniem i obróbki cieplnej.
4 Wpływają na proces pochłaniania wodoru i usuwania śrub ze stali stopowej
ISO 4042: 1999 „Warstwa galwaniczna elementów złącznych” Załącznik A określa: w obróbce cieplnej, nawęglaniu gazowym, czyszczeniu, pakowaniu, fosforanowaniu, galwanizacji, procesie obróbki autokatalitycznej oraz w środowisku pracy, ze względu na negatywny wpływ ochrony katodowej, lub reakcji korozji, wodór może dostać się do podłoża. Podczas przetwarzania wodór może również przedostawać się, np. Podczas walcowania gwintów, przypalania z powodu niewłaściwego smarowania podczas obróbki skrawaniem i wiercenia oraz procesów spawania lub lutowania twardego. Widać, że w całym procesie produkcji śrub istnieje możliwość absorpcji wodoru lub jest proces, który wpływa na absorpcję wodoru.
W połączeniu z procesem produkcji śrub ze stali stopowej, głównym sposobem przedostania się wodoru do matrycy ze stali stopowej jest powlekanie galwaniczne, a następnie wytrawianie. Ponadto głównym procesem wpływającym na wchłanianie wodoru jest obróbka cieplna.
a) Powlekanie galwaniczne jest jedną z najczęściej stosowanych metod obróbki powierzchni śrub stalowych, a także jest głównym sposobem pochłaniania wodoru przez śruby. Proces galwanizacji to proces elektroosadzania katodowego. Podczas powlekania elektrolitycznego materiał powłoki (na przykład blacha cynkowa) jest używany jako anoda, a część platerowana jest używana jako katoda. Pod działaniem silnego prądu dodatnio naładowane jony metalu galwanicznego (takie jak Zn ++) opuszczą metalową płytkę anody, przemieszczą się do części, która ma być platerowana (jak pokazano na rysunku 4) i osadzą się na powierzchni platerowana część, aby utworzyć zwartą jasną warstwę galwaniczną. Podczas tworzenia osadzonej warstwy jony wodoru (H +) w kąpieli kwasowej będą również przemieszczać się do katody, aby pokryć platerowane części pod działaniem prądu. Większość jonów wodorowych zgromadzonych na powierzchni katody łączy się, tworząc cząsteczki wodoru i przelewając się, podczas gdy część z nich wnika w materiał matrycy pod wpływem silnego napięcia. Ze względu na niskie powinowactwo między atomami żelaza i wodorem, wodór wchodzący do matrycy często występuje w stali stopowej w postaci jonów i jest wolny w materiale zgodnie z zasadami opisanymi powyżej.
b) Powierzchniowe utlenianie chemiczne (powszechnie znane jako „niebieskie” lub „czarne”) samo w sobie nie spowoduje nadmiernej absorpcji wodoru i kruchości wodorowej i pęknięć, ale „obróbka wstępna” utleniania chemicznego na ogół wymaga wytrawiania. Jeśli wytrawianie nie jest odpowiednio kontrolowane, spowoduje to kruchość wodorową. Tzw. Wytrawianie polega na zanurzeniu części poddanych obróbce cieplnej w roztworze słabego kwasu na określony czas w celu usunięcia zgorzeliny, rdzy i innych zabrudzeń powstałych w wyniku obróbki cieplnej. Podczas wytrawiania jony wodoru i atomy wodoru w słabym kwasie również wnikają w matrycę materiału, ale ponieważ nie ma bieżącego działania, wodór wnikający do matrycy materiału jest dość ograniczony, co generalnie nie powoduje kruchości wodorowej i pękania . Jednak, jeśli materiał jest wyjątkowo wrażliwy na kruchość wodorową (np. stal o ultra wysokiej wytrzymałości i stal sprężynowa), stężenie kwasu w kąpieli jest wysokie, a czas zanurzenia jest zbyt długi, dużo wodoru przedostanie się do matrycy materiału , co spowoduje kruchość wodorową. .
c) Obróbka cieplna (zwykle hartowanie i odpuszczanie) jest przeprowadzana w wysokich temperaturach. Aby zapobiec utlenianiu powierzchni śruby podczas obróbki cieplnej, często stosuje się ochronę atmosfery. Jeżeli atmosfera ochronna zawiera związki wodoru (takie jak metanol, metan) lub medium hartujące zawiera związki wodoru, to podczas obróbki cieplnej można zaabsorbować wodór. Naprężenie szczątkowe śruby po obróbce cieplnej ma bardzo oczywisty wpływ na kruchość wodorową. Jeśli naprężenie szczątkowe nie zostanie wyeliminowane, istnieje większe prawdopodobieństwo, że śruba będzie absorbować wodór i trudniej będzie go usunąć.
Usuwanie wodoru, znane również jako „wodór napędowy”, wykorzystuje odwracalność wodoru wolnego w metalu do usuwania wodoru z materiałów wrażliwych na wodór. Podczas usuwania wodoru śruby po galwanizacji i przed pasywacją są podgrzewane do określonej temperatury i utrzymywane przez pewien czas, aby wodór w materiale gromadził się, tworząc cząsteczki wodoru i uciekał. Czynniki wpływające na efekt usuwania wodoru: jednym z nich jest odstęp czasu między zakończeniem galwanizacji a rozpoczęciem usuwania wodoru; druga to temperatura usuwania wodoru; trzeci to czas usuwania wodoru. Ogólnie mówiąc, im szybsze usuwanie wodoru po powlekaniu galwanicznym, tym wyższa temperatura usuwania wodoru i im dłuższy czas usuwania wodoru, tym lepszy efekt usuwania wodoru.
