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(guò)程中有一種常見的問(wèn)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(lái)說(shuō),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(méi)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(guò)程和零件的制造與裝配過(guò)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(guò)程中需要經(jīng)過(guò)酸洗和電鍍的過(guò)程,這兩個(gè)過(guò)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(guò)程可知,酸洗磷皂化和磷化的過(guò)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(wú)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(guò)程中的吸氫應(yīng)該為斷裂螺栓主要的氫來(lái)源。

(3)熔煉過(guò)程未完全去除氫。合金鋼金屬緊固螺栓在熔煉的過(guò)程中有一些氫原子存留是無(wú)法避免的問(wèn)題,這和熔煉過(guò)程中的溫度條件、環(huán)境條件以及熔煉過(guò)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(guò)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(guò)程中對(duì)合金鋼金屬緊固螺栓的斷裂過(guò)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。