Debilitamiento por hidrógeno de pernos de acero aleado (3)
5 formas técnicas de prevenir la fractura por fragilización por hidrógeno de los pernos de acero aleado
La prevención de la fractura por fragilización por hidrógeno de los pernos de acero aleado requiere una consideración exhaustiva basada en el mecanismo de la fractura por fragilización por hidrógeno. De acuerdo con la resistencia a la tracción requerida, el material apropiado y el proceso de fabricación correspondiente. 6.1 iones de pernos roscados MJ Los iones de pernos roscados MJ no solo pueden mejorar la capacidad del perno para soportar cargas dinámicas, sino que también mejoran la capacidad del perno para resistir la fragilización por hidrógeno. La reducción de la concentración de tensión juega un papel importante en la reducción de la susceptibilidad de los pernos a la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, al colocar roscas de pernos, intente usar roscas MJ con un radio de arco más grande en la parte inferior de la rosca. El radio del arco inferior de la rosca MJ está en el rango de 0.15042P ~ 0.18011P,
La tecnología de procesamiento de los pernos roscados MJ tiene tres características: ①La rosca se debe enrollar para darle forma después del tratamiento térmico final; ②La cabeza del perno debe estar volteada y moldeada; ③El filete inferior de la cabeza del perno debe ser laminado en frío después del tratamiento térmico final. Estas técnicas de procesamiento pueden eliminar eficazmente los defectos del material en la superficie del perno y aumentar la tensión de compresión residual en la superficie del perno. Como resultado, puede desempeñar un papel importante en la reducción de la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno del perno.
5.2 Elija tecnología de procesamiento razonable y adopte estrictas medidas preventivas
Dado que el valor crítico de la resistencia a la tracción para la fractura por fragilización por hidrógeno es 1050 MPa, para los pernos cuyo nivel de resistencia es inferior a 1000 MPa, independientemente de si están galvanizados o no, no se considera la fragilización por hidrógeno. Para pernos de acero aleado (como 30CrMnSiA) con una resistencia a la tracción superior a 1000 MPa, siempre que se utilicen los procesos normales de tratamiento térmico, galvanoplastia y eliminación de hidrógeno de acuerdo con los requisitos de las normas pertinentes, la fragilización por hidrógeno se puede evitar por completo.
Para reducir el grado de permeación de hidrógeno y mejorar el efecto de eliminación de hidrógeno, se deben tomar medidas a partir de los siguientes aspectos.
5.2.1 Tratamiento térmico
La martensita templada tiene un mayor impacto en la sensibilidad de la fragilización por hidrógeno, por lo que la temperatura del tratamiento térmico se puede ajustar adecuadamente durante el tratamiento térmico para reducir la formación de martensita templada. Por ejemplo, el uso de austempering aumentará el umbral de fractura por fragilización por hidrógeno en aproximadamente 100 MPa. Esto se debe a que la estructura inferior de bainita producida por austempering es menos sensible a la fragilización por hidrógeno que la martensita templada.
A veces, se agrega gas protector al horno de calentamiento para evitar la formación de incrustaciones de óxido en las piezas. Sin embargo, si el gas protector contiene hidruro (como gas de craqueo de metanol, gas RX, etc.), el hidruro se descompondrá en hidrógeno después del calentamiento, lo que provocará la permeación de hidrógeno y aumentará el riesgo de fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, no es aconsejable utilizar gas protector que contenga hidruro en el proceso de tratamiento térmico. Si las condiciones lo permiten, es mejor utilizar un horno de vacío para templar y templar.
De acuerdo con la norma de la industria aeroespacial QJ 451-1988 "Requisitos técnicos de control de calidad para piezas (piezas) antes del revestimiento", todas las piezas con una resistencia a la tracción superior a 1050 MPa pero inferior o igual a 1450 MPa deben someterse a un tratamiento de alivio de tensión, y el La temperatura de calentamiento específica es 190 ℃ ～ 210 ℃, el tiempo es 1 h. La tensión aquí se refiere a la tensión de tracción residual causada por el tratamiento térmico y no debe incluir la tensión de compresión residual causada por el hilo laminado o la esquina redondeada del cabezal laminado en frío después del tratamiento.
5.2.2 Decapado
Aunque el decapado no es el proceso principal de permeación del hidrógeno, si no se controla bien, el hidrógeno penetra en los pernos. Por lo tanto, muchas normas enfatizan la prohibición del decapado con ácido fuerte antes del enchapado y el uso de decapado con ácido débil o granallado en su lugar.
5.2.3 Galvanoplastia
La galvanoplastia es el proceso principal para que los pernos absorban hidrógeno, y el control estricto del proceso de galvanoplastia es la medida principal para evitar la fragilización de los pernos por hidrógeno.
Elegir diferentes procesos de galvanoplastia de acuerdo con la resistencia a la tracción de los pernos es uno de los medios para evitar la fractura por fragilización por hidrógeno. Para pernos de 30CrMnSiA con una resistencia a la tracción superior a 1080MPa, se puede utilizar un revestimiento de zinc o de cadmio ordinario.
Para pernos de acero aleado con resistencia a la tracción superior a 1250 MPa, aunque también se pueden utilizar procesos ordinarios de galvanoplastia de zinc o cadmio, se deben adoptar controles de proceso más estrictos. ISO 5857: 1988 "Especificación de adquisición de pernos de cabeza saliente de acero de aleación roscados de grado 1250MPa MJ de resistencia aeroespacial" estipula que los pernos del producto deben someterse a una prueba de resistencia a la tensión, es decir, el 75% de la carga de rotura mínima se aplica a los pernos durante 23 horas, y los cerrojos no se romperán. O destruir. GB / T 3098.1-2010 "Propiedades mecánicas de los pernos, tornillos y tuercas de los sujetadores" recuerda a los usuarios que deben tener cuidado al considerar el uso de pernos de grado 12.9 o superior.
De acuerdo con el "Catálogo de procesos prohibidos (limitados) para productos aeroespaciales" (véase Tian Technology [2004] No. 42), para los pernos con una resistencia a la tracción superior a 1300 MPa, no se permite la galvanoplastia de zinc o cadmio, pero la galvanoplastia de baja fragilización por hidrógeno puede ser usado. Artesanía. La galvanoplastia con baja fragilización por hidrógeno es un tipo de proceso desarrollado para la fragilización por hidrógeno de piezas de aviones en las décadas de 1960 y 1970, incluido el recubrimiento de cadmio con baja fragilización por hidrógeno, el recubrimiento de cadmio y titanio con baja fragilización por hidrógeno y el recubrimiento de zinc-níquel con baja fragilización por hidrógeno. Requisitos de galvanoplastia de baja fragilización por hidrógeno: templado de alivio de tensión antes del enchapado, arenado en lugar de decapado o tratamiento térmico al vacío. En el proceso de galvanoplastia, por un lado, se ajusta la formulación del baño, y por otro lado,
El titanio con baño de cadmio es un conjunto de procesos de galvanoplastia de fragilización con bajo contenido de hidrógeno formado al reformar, mejorar y mejorar los procesos similares en países extranjeros en el último siglo. El titanio tiene un fuerte efecto de adsorción sobre el hidrógeno. Puede adsorber hidrógeno en la superficie del producto y evitar que el hidrógeno penetre en el sustrato. Por lo tanto, el titanio chapado en cadmio con baja fragilización por hidrógeno ha hecho grandes contribuciones a la solución del problema de la fragilización por hidrógeno, y todavía se utiliza ampliamente en la industria de la aviación. . Sin embargo, rara vez se usa en la industria aeroespacial debido a su estricto proceso de operación y alto costo, y básicamente no se ha establecido una línea de producción.
En la industria aeroespacial, el proceso de enchapado de aleación de zinc-níquel con baja fragilización por hidrógeno y el proceso de enchapado de cadmio con baja fragilidad por hidrógeno se llevaron a cabo en un rango pequeño en la década de 1980, y el estándar de la industria aeroespacial QJ 1824-1989 "Aleación de zinc-níquel condiciones técnicas de revestimiento ", QJ 2217-1992" Especificación del proceso de cadmio de fragilización por hidrógeno bajo ".
Por supuesto, para los pernos con una resistencia a la tracción superior a 1500 MPa, el enchapado con baja fragilización por hidrógeno también es riesgoso. La fractura por fragilización por hidrógeno se produce de vez en cuando. Si desea evitar por completo el riesgo de fragilización por hidrógeno, puede utilizar un proceso de recubrimiento que no sea de fragilización por hidrógeno o cambiarlo. Utilice otros materiales resistentes a la corrosión.
Además, de acuerdo con las disposiciones de ISO 9587 "Recubrimientos metálicos y otros inorgánicos para reducir el riesgo de pretratamiento de productos de acero que se debilitan por hidrógeno", los pernos deben someterse a un tratamiento de alivio de tensión antes de la galvanoplastia.
5.3 Eliminación de hidrógeno
La eliminación de hidrógeno consiste en poner los pernos en un horno a unos 200 ° C para hornear, de modo que el hidrógeno de los pernos se combine en moléculas de hidrógeno y se escape. La clave para mejorar el efecto de la eliminación de hidrógeno es: primero, eliminar el hidrógeno a tiempo después del recubrimiento; en segundo lugar, mantenga la temperatura de eliminación del hidrógeno lo más alta posible; en tercer lugar, el tiempo necesario para la eliminación del hidrógeno debería ser suficientemente largo.
La eliminación oportuna de hidrógeno después del recubrimiento tiene una gran influencia en la mejora del efecto de eliminación de hidrógeno. La norma general estipula que no más de 4 horas después del enchapado, y algunas normas de empresas extranjeras estipulan que el hidrógeno debe eliminarse dentro de las 3 horas. De hecho, muchas empresas han reducido el intervalo de tiempo entre la galvanoplastia y la eliminación de hidrógeno a menos de 1 hora para mejorar el efecto de la eliminación de hidrógeno.
Cuanto mayor sea la temperatura de eliminación de hidrógeno, mejor será el efecto de eliminación de hidrógeno, pero no puede acercarse ni alcanzar la temperatura de templado del material, de lo contrario, el rendimiento del material se verá afectado.
El tiempo de remoción de hidrógeno debe ser diferente según la fuerza del perno. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor será el tiempo de eliminación del hidrógeno. De acuerdo con las normas pertinentes (como QJ 452), la temperatura de eliminación de hidrógeno de los pernos de 30CrMnSiA debe ser de 190 ℃ ~ 210 ℃, y el tiempo de eliminación de hidrógeno no debe ser inferior a 8 h.
Cabe señalar que si el tiempo de eliminación de hidrógeno es demasiado corto, no solo no ayudará a reducir el contenido de hidrógeno, sino que aumentará el contenido de hidrógeno. La Figura 9 muestra la relación entre el tiempo de eliminación de hidrógeno y la tasa de fragilización de las piezas después de la galvanoplastia en diferentes baños. Se puede ver en la Fig. 9 que la tasa de fragilización para 2h ～ 4h de remoción de hidrógeno es mayor que sin remoción de hidrógeno. Esto se debe a que la concentración de hidrógeno absorbida por la capa superficial de la pieza es la mayor después de la galvanoplastia. Al comienzo de la cocción, el hidrógeno adsorbido en la superficie se difunde rápidamente y se desborda en el aire por un lado, y acelera para difundirse en el metal por el otro.
imagen
5.4 Recubrimiento sin fragilización por hidrógeno
El uso de la tecnología de recubrimiento libre de fragilización por hidrógeno es una tecnología que evita por completo la fragilización por hidrógeno. Desde la década de 1960 hasta la de 1980, Estados Unidos, Alemania, Francia, Japón y otros países desarrollaron algunos recubrimientos sin fragilización por hidrógeno. Estos recubrimientos no necesitan adoptar una electrodeposición catódica y no existe un proceso de absorción de hidrógeno, por lo que se denominan "recubrimientos que no fragilizan por hidrógeno". Se pueden utilizar para revestimientos de pernos como galvanizado mecánico, laminado en polvo, revestimiento de dacromet, etc. En la actualidad, el revestimiento de Dacromet más utilizado debería ser.
