Kruchość wodorowa śrub ze stali stopowej (3)

5 Techniczne sposoby zapobiegania pękaniu kruchości wodorowej śrub ze stali stopowej

    Zapobieganie pękaniu kruchości wodorowej śrub ze stali stopowej wymaga kompleksowego rozważenia w oparciu o mechanizm pękania kruchości wodorowej. W zależności od wymaganej wytrzymałości na rozciąganie, odpowiedniego materiału i odpowiedniego procesu produkcyjnego. 6.1 jonów śrub z gwintem MJ Jon śrub z gwintem MJ może nie tylko poprawić zdolność śruby do wytrzymywania obciążeń dynamicznych, ale także poprawić odporność śruby na kruchość wodorową. Zmniejszenie koncentracji naprężeń odgrywa ważną rolę w zmniejszaniu podatności śrub na kruchość wodorową. Dlatego podczas wykonywania gwintów śrub należy spróbować użyć gwintów MJ o większym promieniu łuku na dole gwintu. Dolny promień łuku gwintu MJ mieści się w zakresie 0,15042 P ~ 0,18011 P,

    Technologia obróbki śrub gwintowanych MJ ma trzy cechy: ① Gwint musi zostać zwinięty w kształt po końcowej obróbce cieplnej; ② Łeb śruby musi być wygięty i wyprofilowany; ③ Dolne zaokrąglenie łba śruby należy po końcowej obróbce cieplnej walcować na zimno. Te techniki przetwarzania mogą skutecznie wyeliminować wady materiału na powierzchni śruby i zwiększyć szczątkowe naprężenie ściskające na powierzchni śruby. W rezultacie może odgrywać znaczącą rolę w zmniejszaniu wrażliwości śruby na kruchość wodorową.

5.2 Wybierz rozsądną technologię przetwarzania i zastosuj surowe środki zapobiegawcze

    Ponieważ krytyczna wartość wytrzymałości na rozciąganie dla pęknięcia kruchości wodorowej wynosi 1050 MPa, dla śrub, których poziom wytrzymałości jest poniżej 1000 MPa, niezależnie od tego, czy są one powlekane elektrolitycznie, czy nie, kruchość wodorowa nie jest brana pod uwagę. W przypadku śrub ze stali stopowej (takiej jak 30CrMnSiA) o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1000 MPa, o ile normalna obróbka cieplna, galwanizacja i procesy usuwania wodoru są stosowane zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm, można całkowicie uniknąć kruchości wodorowej.

    Aby zmniejszyć stopień przenikania wodoru i poprawić efekt usuwania wodoru, należy podjąć środki z następujących aspektów.

5.2.1 Obróbka cieplna

    Martenzyt odpuszczony ma większy wpływ na wrażliwość na kruchość wodorową, dlatego temperaturę obróbki cieplnej można odpowiednio regulować podczas obróbki cieplnej, aby zmniejszyć powstawanie martenzytu odpuszczonego. Przykładowo, zastosowanie hartowania podniesie próg pęknięcia kruchości wodorowej o około 100 MPa. Dzieje się tak, ponieważ dolna struktura bainitu wytwarzana przez hartowanie austne jest mniej wrażliwa na kruchość wodorową niż martenzyt odpuszczony.

    Czasami do pieca grzewczego dodawany jest gaz osłonowy, aby zapobiec tworzeniu się zgorzeliny tlenkowej na częściach. Jeśli jednak gaz ochronny zawiera wodorek (taki jak gaz krakujący metanol, gaz RX itp.), To wodorek zostanie rozłożony na wodór po podgrzaniu, co spowoduje przenikanie wodoru i zwiększy ryzyko kruchości wodorowej. Dlatego nie zaleca się stosowania w procesie obróbki cieplnej gazu ochronnego zawierającego wodorek. Jeśli pozwalają na to warunki, do hartowania i odpuszczania najlepiej jest użyć pieca próżniowego.

    Zgodnie z normą przemysłu lotniczego QJ 451-1988 „Wymagania techniczne kontroli jakości dla części (części) przed poszyciem”, wszystkie części o wytrzymałości na rozciąganie większej niż 1050 MPa, ale mniejszej lub równej 1450 MPa powinny być poddane obróbce odprężającej, a specyficzna temperatura ogrzewania wynosi 190 ℃ ～ 210 ℃, czas 1 godz. Naprężenie odnosi się tutaj do szczątkowego naprężenia rozciągającego spowodowanego obróbką cieplną i nie powinno obejmować szczątkowego naprężenia ściskającego spowodowanego przez walcowany gwint lub zaokrąglony narożnik walcowanej na zimno głowicy po obróbce.

5.2.2 Wytrawianie

    Chociaż wytrawianie nie jest głównym procesem przenikania wodoru, jeśli nie jest dobrze kontrolowane, wodór przenika do śrub. Dlatego wiele norm kładzie nacisk na zakaz wytrawiania mocnym kwasem przed galwanizacją, a zamiast tego stosowanie wytrawiania słabym kwasem lub śrutowania.

5.2.3 Galwanotechnika

    Galwanizacja jest głównym procesem pochłaniania wodoru przez śruby, a ścisła kontrola procesu powlekania galwanicznego jest głównym środkiem zapobiegającym kruchości śrub wodorowych.

    Wybór różnych procesów galwanicznych w zależności od wytrzymałości śrub na rozciąganie jest jednym ze sposobów uniknięcia pękania kruchości wodorowej. W przypadku śrub 30CrMnSiA o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1080 MPa można zastosować zwykłe cynkowanie lub kadmowanie.

    W przypadku śrub ze stali stopowej o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1250 MPa, chociaż można również zastosować zwykłe procesy powlekania cynkiem lub kadmem, należy zastosować bardziej rygorystyczną kontrolę procesu. Norma ISO 5857: 1988 „Klasa wytrzymałości lotniczej 1250 MPa MJ z gwintowanymi łbami ze stali stopowej z wystającymi łbami” określa, że ​​śruby produktu powinny zostać poddane próbie wytrzymałości na naprężenia, to znaczy, że 75% minimalnego obciążenia zrywającego na rozciąganie jest przyłożone do śrub przez 23 godziny, a rygle nie pękną. Albo zniszcz. PL / T 3098.1-2010 „Właściwości mechaniczne elementów złącznych, śrub, wkrętów i nakrętek” przypomina użytkownikom, że powinni zachować ostrożność, rozważając użycie śrub klasy 12.9 lub wyższej.

    Zgodnie z „Katalogiem zabronionych (ograniczonych) procesów dla wyrobów lotniczych” (patrz Tian Technology [2004] nr 42), w przypadku śrub o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1300 MPa, galwanizacja cynkiem lub kadmem jest niedozwolona, ​​ale galwanizacja o niskiej kruchości wodorowej może być użytym. Rzemiosło. Galwanizacja o niskiej kruchości wodorowej jest rodzajem procesu opracowanego dla kruchości wodorowej części samolotów w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku, w tym powlekanie kadmowe o niskiej kruchości wodorowej, powlekanie kadmowo-tytanowe o niskiej kruchości wodorowej i niklowanie cynkowe o niskiej kruchości wodorowej. Wymagania dotyczące galwanizacji o niskiej kruchości wodorowej: odpuszczanie odprężające przed platerowaniem, piaskowanie zamiast wytrawiania lub obróbka cieplna w próżni. W procesie galwanizacji z jednej strony dopasowuje się skład kąpieli, az drugiej strony

    Tytan pokryty kadmem jest procesem galwanizacji o niskiej kruchości wodorowej, powstałym w wyniku reformowania, ulepszania i ulepszania podobnych procesów w innych krajach w ostatnim stuleciu. Tytan silnie adsorbuje wodór. Może adsorbować wodór na powierzchni produktu i zapobiegać przedostawaniu się wodoru do podłoża. Dlatego tytan pokryty kadmem o niskiej kruchości wodorowej w znacznym stopniu przyczynił się do rozwiązania problemu kruchości wodorowej i nadal jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym. . Jednak jest rzadko stosowany w przemyśle lotniczym ze względu na ścisłe działanie procesu i wysokie koszty, i zasadniczo nie utworzono żadnej linii produkcyjnej.

    W przemyśle lotniczym proces powlekania stopem cynku i niklu o niskiej kruchości wodorowej oraz proces powlekania kadmem o niskiej kruchości wodorowej przeprowadzono w niewielkim zakresie w latach osiemdziesiątych XX wieku, a standard przemysłu lotniczego QJ 1824-1989 „stop cynkowo-niklowy warunki techniczne powłok ”, QJ 2217-1992„ Specyfikacja procesu o niskiej kruchości kadmu w wodorze ”.

    Oczywiście dla śrub o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1500 MPa ryzykowne jest również powlekanie powłoką o niskiej kruchości wodorowej. Od czasu do czasu dochodzi do pękania kruchości wodorowej. Jeśli chcesz całkowicie uniknąć ryzyka kruchości wodorowej, możesz zastosować proces powlekania nie kruchego wodorem lub go zmienić. Użyj innych materiałów odpornych na korozję.

    Dodatkowo, zgodnie z postanowieniami ISO 9587 „Powłoki metalowe i inne powłoki nieorganiczne zmniejszające ryzyko obróbki wstępnej wyrobów stalowych kruchych pod wpływem wodoru”, śruby przed powlekaniem galwanicznym należy poddać obróbce odprężającej.

5.3 Usuwanie wodoru

    Usuwanie wodoru polega na umieszczeniu śrub w piecu o temperaturze około 200 ° C do wypalenia, tak aby wodór w śrubach został połączony w cząsteczki wodoru i uciekł. Kluczem do poprawy efektu usuwania wodoru jest: po pierwsze, usunięcie wodoru w czasie po powlekaniu; po drugie, utrzymywać możliwie najwyższą temperaturę usuwania wodoru; po trzecie, czas usuwania wodoru powinien być wystarczająco długi.

    Terminowe usuwanie wodoru po poszyciu ma duży wpływ na poprawę efektu usuwania wodoru. Ogólna norma przewiduje, że nie więcej niż 4 godziny po pokryciu galwanicznym, a niektóre normy dla przedsiębiorstw zagranicznych przewidują, że wodór należy usunąć w ciągu 3 godzin. W rzeczywistości wiele firm skróciło odstęp czasu między galwanizacją a usuwaniem wodoru do mniej niż 1 godziny, aby poprawić efekt usuwania wodoru.

    Im wyższa temperatura usuwania wodoru, tym lepszy efekt usuwania wodoru, ale nie może zbliżyć się lub osiągnąć temperatury odpuszczania materiału, w przeciwnym razie wpłynie to na działanie materiału.

    Czas usuwania wodoru powinien być różny w zależności od wytrzymałości śruby. Im wyższa wytrzymałość, tym dłuższy czas usuwania wodoru. Zgodnie z odpowiednimi normami (takimi jak QJ 452), temperatura usuwania wodoru ze śrub 30CrMnSiA powinna wynosić 190 ℃ ~ 210 ℃, a czas usuwania wodoru nie powinien być krótszy niż 8 godzin.

    Należy zauważyć, że jeśli czas usuwania wodoru jest zbyt krótki, nie tylko nie pomoże to zmniejszyć zawartości wodoru, ale zwiększy zawartość wodoru. Rysunek 9 przedstawia zależność między czasem usuwania wodoru a stopniem kruchości części po platerowaniu w różnych kąpielach. Na rys. 9 widać, że kruchość przy usuwaniu wodoru przez 2h ～ 4h jest wyższa niż bez usuwania wodoru. Dzieje się tak, ponieważ stężenie wodoru pochłanianego przez warstwę wierzchnią części jest największe po wykonaniu galwanizacji. Na początku pieczenia zaadsorbowany na powierzchni wodór szybko dyfunduje i przelewa się do powietrza z jednej strony, z drugiej zaś przyspiesza dyfuzję do metalu.

wizerunek

5.4 Powłoka bez kruchości wodorowej

    Zastosowanie technologii powlekania bez kruchości wodorowej jest technologią pozwalającą całkowicie uniknąć kruchości wodorowej. Od 1960 do 1980, Stany Zjednoczone, Niemcy, Francja, Japonia i inne kraje opracowały niektóre powłoki bez kruchości wodorowej. Powłoki te nie wymagają osadzania katodowego i nie zachodzą procesy absorpcji wodoru, dlatego nazywa się je „powłokami nie kruchymi wodorowymi”. Mogą być stosowane do malowania śrub, takich jak cynkowanie mechaniczne, spiekanie proszkowe, powlekanie dacrometem, itp. Obecnie najpowszechniej stosowana powinna być powłoka Dacromet.