Debilitamiento por hidrógeno de pernos de acero aleado (2)
3 Materiales, contenido de hidrógeno y fractura por fragilización por hidrógeno
3.1 Valor umbral de fragilización por hidrógeno de materiales
El material debe contener una cantidad suficiente de hidrógeno para que las microfisuras en el material puedan continuar expandiéndose y extendiéndose. Sin embargo, debido a que el contenido de hidrógeno está estrechamente relacionado con los otros dos elementos, no se puede decir que la fragilización por hidrógeno ocurrirá después de que el contenido de hidrógeno alcance un cierto valor, ni se puede decir que la fragilización por hidrógeno no ocurrirá cuando el contenido de hidrógeno se encuentre con un cierto valor. En otras palabras, un cierto contenido de hidrógeno puede causar la fractura por fragilización por hidrógeno de materiales sensibles a la fragilización por alto hidrógeno, pero puede causar la fractura por fragilización por hidrógeno de materiales sensibles a la fragilización por bajo hidrógeno. En otras palabras, el valor umbral de la fragilización por hidrógeno de diferentes materiales es diferente.
Algunas personas creen que la fractura por fragilización por hidrógeno se producirá cuando el contenido de hidrógeno en el acero alcance de 5 a 10 ppm (5 × 10 -6 a 10 × 10 -6), pero de hecho, incluso si supera las 10 ppm (10 × 10 - 6), puede que no se deba producir una fractura por fragilización por hidrógeno; y la fractura por fragilización por hidrógeno puede ocurrir incluso si el contenido de hidrógeno está entre 1 ppm y 2 ppm (1 × 10-6 ～ 2 × 10 -6). Esto se debe a que el contenido de hidrógeno no es el único factor que causa la fractura por fragilización por hidrógeno. Siempre que esté altamente concentrado en el área de concentración de tensión sensible o en el área de defecto de material, causará suficiente presión para romper el material, y el muestreo durante la medición de hidrógeno generalmente no se realiza en el área de concentración de presión o en el área de defecto de material del material. Por lo tanto, para materiales de acero aleado,
3.2 Esfuerzo de tracción estático último soportado por el material
La tensión es la fuerza impulsora de la expansión y extensión de las microgrietas en el material, y depende de la tensión experimentada por el material. Si el material no se somete a tensión externa (como un perno que se coloca pero no se carga), la fractura por fragilización por hidrógeno generalmente no ocurrirá incluso en materiales sensibles con alto contenido de hidrógeno. Cuanto mayor sea la tensión, más rápida será la tasa de crecimiento de las microfisuras y menor será el tiempo para que se produzca la fractura retardada. Dado que el crecimiento de las microfisuras lleva cierto tiempo, la tensión debe ser estática o aplicarse lentamente.
El esfuerzo mencionado aquí debe ser el esfuerzo de tracción, no el esfuerzo de compresión, y el esfuerzo generado por la carga estática o la carga aplicada lentamente. Esta tensión de tracción incluye no solo la tensión de tracción cuando el material se somete a una carga externa, sino también la tensión de tracción residual generada por el material durante el mecanizado y el tratamiento térmico.
4 Afecta el proceso de absorción de hidrógeno y eliminación de pernos de acero aleado
ISO 4042: 1999 "Capa de galvanoplastia de sujetadores" El Apéndice A estipula: en el tratamiento térmico, carburación con gas, limpieza, empaque, tratamiento de fosfatación, galvanoplastia, proceso de tratamiento autocatalítico y en el ambiente de trabajo, debido al efecto negativo de la protección catódica, o reacción de corrosión, el hidrógeno puede entrar en el sustrato. Durante el procesamiento, también puede entrar hidrógeno, como el laminado de roscas, el quemado debido a una lubricación inadecuada durante el mecanizado y la perforación, y los procesos de soldadura o soldadura fuerte. Se puede observar que en todo el proceso de fabricación de pernos existe la posibilidad de absorción de hidrógeno, o hay un proceso que afecta la absorción de hidrógeno.
En combinación con el proceso de fabricación de pernos de acero aleado, la principal vía para que el hidrógeno ingrese a la matriz de acero aleado es la galvanoplastia, seguida del decapado. Además, el proceso principal que afecta la absorción de hidrógeno es el tratamiento térmico.
a) La galvanoplastia es uno de los métodos de tratamiento de superficies más utilizados para los pernos de acero, y también es la principal forma en que los pernos absorben hidrógeno. El proceso de galvanoplastia es un proceso de electrodeposición catódica. Durante la galvanoplastia, el material de revestimiento (tome la placa de zinc como ejemplo) se usa como ánodo, y la parte chapada se usa como cátodo. Bajo la acción de una fuerte corriente, los iones metálicos de recubrimiento cargados positivamente (como Zn ++) dejarán la placa de metal del ánodo, se moverán a la parte que se va a recubrir (como se muestra en la Figura 4) y se depositarán en la superficie del parte plateada para formar una capa de galvanoplastia brillante compacta. Mientras se forma la capa depositada, los iones de hidrógeno (H +) en el baño de ácido también se trasladarán al cátodo para ser piezas plateadas bajo la acción de la corriente. La mayoría de los iones de hidrógeno reunidos en la superficie del cátodo se combinan para formar moléculas de hidrógeno y se desbordan, mientras que una parte de ellos penetra en el material de la matriz bajo la fuerte acción del voltaje. Debido a la baja afinidad entre los átomos de hierro y el hidrógeno, el hidrógeno que entra en la matriz a menudo existe en el acero de aleación en forma de iones y está libre en el material de acuerdo con las reglas descritas anteriormente.
b) La oxidación química de la superficie (comúnmente conocida como "azul" o "negro") en sí misma no causará una absorción excesiva de hidrógeno y provocará fragilización y agrietamiento por hidrógeno, pero el "pretratamiento" de la oxidación química generalmente requiere decapado. Si el decapado no se controla adecuadamente, provocará fragilización por hidrógeno. El llamado decapado consiste en sumergir las piezas tratadas térmicamente en una solución de ácido débil durante un cierto período de tiempo para eliminar las incrustaciones, el óxido y otras suciedades causadas por el tratamiento térmico. Durante el decapado, los iones de hidrógeno y los átomos de hidrógeno en el ácido débil también penetrarán en la matriz del material, pero debido a que no hay acción de corriente, el hidrógeno que penetra en la matriz del material es bastante limitado, lo que generalmente no causa fragilización ni fractura por hidrógeno. . Sin emabargo, Si el material es extremadamente sensible a la fragilización por hidrógeno (como el acero de ultra alta resistencia y el acero para muelles), la concentración de ácido en el baño es alta y el tiempo de inmersión es demasiado largo, una gran cantidad de hidrógeno penetrará en la matriz del material. , que causará fragilización por hidrógeno. .
c) El tratamiento térmico (generalmente temple y revenido) se realiza a altas temperaturas. Para evitar que la superficie del perno se oxide durante el tratamiento térmico, a menudo se utiliza protección atmosférica. Si la atmósfera protectora contiene compuestos de hidrógeno (como metanol, metano) o el medio de extinción contiene compuestos de hidrógeno, es posible absorber hidrógeno durante el tratamiento térmico. La tensión residual del perno después del tratamiento térmico tiene un efecto muy obvio sobre la fragilización por hidrógeno. Si no se elimina la tensión residual, es más probable que el perno absorba hidrógeno y es más difícil eliminar el hidrógeno.
La eliminación de hidrógeno, también conocida como "impulsión de hidrógeno", utiliza la reversibilidad del hidrógeno libre en el metal para eliminar el hidrógeno de los materiales sensibles al hidrógeno. Al eliminar el hidrógeno, los pernos después de la galvanoplastia y antes de la pasivación se calientan a una cierta temperatura y se mantienen durante un período de tiempo, de modo que el hidrógeno en el material se acumula para formar moléculas de hidrógeno y escapar. Factores que afectan el efecto de la eliminación de hidrógeno: uno es el intervalo de tiempo entre la finalización de la galvanoplastia y el comienzo de la eliminación de hidrógeno; el segundo es la temperatura de eliminación del hidrógeno; el tercero es el momento de la eliminación del hidrógeno. En términos generales, cuanto más oportuna sea la eliminación del hidrógeno después del recubrimiento, cuanto mayor sea la temperatura de eliminación del hidrógeno y cuanto mayor sea el tiempo de eliminación del hidrógeno, mejor será el efecto de eliminación del hidrógeno.
