合金鋼螺栓發(fā)生氫脆斷裂因素有哪些，合金鋼螺栓發(fā)生氫脆斷裂因素分析，合金鋼螺栓發(fā)生氫脆斷裂因素

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(jī)械的連接件都會(huì)使用到金屬緊固螺栓進(jìn)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(diǎn)斷裂會(huì)直接影響到機(jī)械的正常使用,對(duì)于生產(chǎn)機(jī)械來說,螺栓突然發(fā)生氫脆斷裂會(huì)造成一些損失。中華標(biāo)準(zhǔn)件網(wǎng)根據(jù)進(jìn)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(yù)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(fā)生機(jī)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(xiàn)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(fā)生氫脆斷裂,是不可修復(fù)的,只能更換新的,而且氫脆只可防,是不可治。氫脆一經(jīng)產(chǎn)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(jìn)入鋼材內(nèi)部的微量氫(10的負(fù)6次方量級(jí))在內(nèi)部殘余的或外加的應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料脆化甚至開裂。

合金鋼螺栓氫脆斷裂原因:

(1)外部環(huán)境引入氫。當(dāng)金屬緊固螺栓長(zhǎng)期暴露于潮濕的服役環(huán)境中時(shí)會(huì)有部分氫滲入,或者在雨水較多的地區(qū)服役時(shí)金屬緊固螺栓中由于氫脆導(dǎo)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(yīng)用在我國(guó)北方,氣候條件相對(duì)較為干燥,服役環(huán)境也很少有雨水進(jìn)入,因此基本可以排除是由于外部環(huán)境導(dǎo)致氫脆斷裂。

(2)酸洗時(shí)引入氫。合金鋼金屬緊固螺栓在其加工過程中需要經(jīng)過酸洗和電鍍的過程,這兩個(gè)過程很容易引入氫原子。反復(fù)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(shù)原電池,在陽(yáng)極區(qū)工件表面形成磷化膜,在陰極區(qū)則放出大量的氫。因此,加工過程中的吸氫應(yīng)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(huán)境條件以及熔煉過程控制都有較大的關(guān)聯(lián)。如果金屬緊固螺栓在其熔煉過程中確實(shí)有部分氫原子殘留,這些殘留的氫原子就會(huì)在氫脆的產(chǎn)生過程中對(duì)合金鋼金屬緊固螺栓的斷裂過程起到促進(jìn)作用。

合金鋼螺栓斷裂為氫致延遲型脆性斷裂,是在應(yīng)力和氫共同作用下導(dǎo)致的斷裂。預(yù)防合金鋼螺栓氫脆斷裂需要依據(jù)氫脆斷裂的機(jī)理綜合考慮。根據(jù)所需抗拉強(qiáng)度的不同,選擇適當(dāng)?shù)牟牧?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(yán)格的預(yù)防措施。