Kruchość wodorowa śrub ze stali stopowej (5)
5.5 Do wykonania śrub należy używać materiałów odpornych na korozję
Największą zaletą stosowania materiałów odpornych na korozję do produkcji śrub jest to, że nie ma potrzeby ich powlekania, co całkowicie zapobiega kruchości wodorowej. W pojazdach lotniczych krajów europejskich i amerykańskich do produkcji śrub używa się dużej liczby materiałów, które nie wymagają galwanizacji. Materiały te obejmują:
● Stop na bazie żelaza A286 (GH2132) o poziomie wytrzymałości 1100 MPa;
● Zastosowano stop na bazie niklu (GH738) o poziomie wytrzymałości 1250 MPa;
● Inconnel 718 (GH4169), stop na bazie niklu o wytrzymałości 1550 MPa;
● Stop niklowo-kobaltowy MP35N (GH159) o poziomie wytrzymałości 1800 MPa;
● Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo o ultra wysokiej wytrzymałości.
Obecnie warunki domowe spełniły warunki do stosowania materiałów odpornych na korozję do produkcji śrub o dużej wytrzymałości. Powszechnie używanymi materiałami do produkcji śrub o wytrzymałości na rozciąganie około 1100 MPa są nadstop GH2132 i stop tytanu TB3, TC4 i tak dalej.
Stop wysokotemperaturowy GH2132 (zagraniczny odpowiednik A286) to nadstop na bazie żelaza o doskonałej odporności na korozję, wysokich temperaturach i ultra niskich temperaturach. Ma wysoką granicę plastyczności, wytrzymałość i odporność na pełzanie w wysokiej temperaturze 650 ° C. Po obróbce cieplnej wytrzymałość na rozciąganie (w normalnej temperaturze) przekracza 920 MPa, a wydłużenie (δ5) jest nie mniejsze niż 15%. Instytut Materiałów Lotniczych opracował również specjalną specyfikację Q / 6S 1032-1992 „Pręty ze stopu YZGH2132 do łączników wysokotemperaturowych”, która ma wytrzymałość na rozciąganie do 1100 MPa. Obecnie materiał ten jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym do produkcji śrub i nakrętek samozabezpieczających, nie tylko w temperaturze pokojowej, ale także w wysokiej temperaturze (650 ° C) i ultra niskiej temperaturze (-196 ° C).
Odporność na korozję stopów tytanu TB3 i TC4 jest bardzo dobra, a wytrzymałość po roztworze stałym i starzeniu może osiągnąć 1100 MPa. Ponieważ powlekanie galwaniczne nie jest wymagane, opóźnione pękanie kruchości wodorowej na ogół nie występuje, ale jeśli zawartość wodoru jest zbyt wysoka, spowoduje to kruchość materiału. Obecnie stop tytanu jako materiał na śruby jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym.
Wysokotemperaturowy stop na bazie niklu GH738 (odpowiadający używanym zagranicznym markom) ma wysoką odporność na korozję, wysoką granicę plastyczności i właściwości zmęczeniowe, bez potrzeby galwanizacji. Temperatura robocza przekracza 730 ℃. Po obróbce cieplnej wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze pokojowej przekracza 1250 MPa. Materiały zgodne z Q / 6S 1035-1992 „Pręty ze stopu GH738 do elementów mocujących w wysokich temperaturach” zostały użyte do produkcji nakrętek samozabezpieczających do wysokich temperatur do modeli lotniczych.
Wysokotemperaturowy stop na bazie niklu GH4169 (odpowiadający Inconel 718 za granicą) ma dobre wszechstronne działanie w warunkach wysokiej i niskiej temperatury, granica plastyczności poniżej 650 ℃ zajmuje pierwsze miejsce wśród wszystkich rodzajów nadstopów i ma dobrą odporność na zmęczenie, odporność na promieniowanie i odporność na utlenianie, odporność na korozję i dobra wydajność przetwarzania są powszechnie używanymi materiałami do konstrukcji pojazdów lotniczych, a także powszechnie używanymi materiałami do produkcji elementów złącznych. Po przejściu stopu przez normalne spęczanie na gorąco i starzenie w roztworze stałym, wytrzymałość na rozciąganie może osiągnąć ponad 1280 MPa, a wydłużenie (δ5) może osiągnąć ponad 15%. Jeśli doda się odpowiedni proces odkształcania na zimno, wytrzymałość materiału na rozciąganie można zwiększyć do ponad 1550 MPa, a wydłużenie (δ5) jest większe niż 8%. Powierzchnia części jest generalnie gotowa do użycia po obróbce pasywacyjnej, bez galwanizacji. Zastosowanie stopu GH4169 do produkcji śrub może nie tylko całkowicie uniknąć problemu kruchości wodorowej śrub, ale także rozwiązać problem adaptacji śrub do środowisk o wysokiej i niskiej temperaturze. W tym celu Instytut Materiałów Lotniczych wydał normę korporacyjną Q / 6S 1034-1992 „Pręty stopowe GH4169 do elementów mocujących w wysokich temperaturach”.
Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo jest rodzajem stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości, którą można wzmocnić poprzez obróbkę cieplną. Po odpowiedniej obróbce cieplnej (w tym kriogenicznej) wytrzymałość na rozciąganie tego typu materiału może dochodzić do ponad 1400 MPa, a nawet ponad 1600 MPa, a ponadto odznacza się dość dobrą ciągliwością. Do tego typu materiałów należą amerykańskie 17-7PH, 17-5Mo itp. 0Cr12Mn5Ni4Mo3Al to stop o niskiej zawartości niklu, opracowany niezależnie przez mój kraj od lat sześćdziesiątych do siedemdziesiątych XX wieku, powszechnie znany jako „69111”. Stop jest półaustenityczną stalą nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo z kontrolowaną przemianą fazową. Jego odporność na korozję mieści się w przedziale między austenityczną stalą nierdzewną a martenzytyczną stalą nierdzewną. Po obróbce cieplnej wytrzymałość na rozciąganie może osiągnąć ponad 1600 MPa, a wydłużenie (δ5) sięgać ponad 14%, a skurcz powierzchniowy (ψ) może osiągnąć ponad 50%. Wstępne testy wykazały, że stal nierdzewna 69111 ma nie tylko wysoką wytrzymałość na rozciąganie, ale także dobrą plastyczność, wiązkość i właściwości zmęczeniowe. Może stać się idealnym materiałem do produkcji bardzo wytrzymałych śrub. Został zatwierdzony jako standard śrub dla przemysłu lotniczego.
Pękanie kruchości wodorowej materiałów metalowych jest złożonym procesem zmian fizycznych i chemicznych. Nadal istnieje wiele problemów, które wymagają od ludzi dalszej eksploracji i studiowania. Jednakże, o ile zrozumiemy podstawowe mechanizmy i prawa pękania śruby w wyniku kruchości wodorowej i podejmiemy niezbędne środki ostrożności, zdecydowanie możemy zapobiec pękaniu śruby w postaci kruchości wodorowej i wyeliminować ukryte zagrożenia jakościowe sprzętu mechanicznego.
