Wasserstoffversprödung von Schrauben aus legiertem Stahl (3)
5 Technische Möglichkeiten zur Verhinderung des Versprödungsbruchs von Schrauben aus legiertem Stahl
Die Verhinderung eines Wasserstoffversprödungsbruchs bei Schrauben aus legiertem Stahl erfordert eine umfassende Betrachtung auf der Grundlage des Mechanismus des Wasserstoffversprödungsbruchs. Entsprechend der erforderlichen Zugfestigkeit, dem geeigneten Material und dem entsprechenden Herstellungsverfahren. 6.1 Ion von MJ-Gewindebolzen Ion von MJ-Gewindebolzen kann nicht nur die Fähigkeit des Bolzens verbessern, dynamischen Belastungen standzuhalten, sondern auch die Fähigkeit des Bolzens, Wasserstoffversprödung zu widerstehen. Die Verringerung der Spannungskonzentration spielt eine wichtige Rolle bei der Verringerung der Anfälligkeit von Schrauben für Wasserstoffversprödung. Versuchen Sie daher beim Schraubengewinde, MJ-Gewinde mit einem größeren Bogenradius am unteren Ende des Gewindes zu verwenden. Der untere Bogenradius des MJ-Gewindes liegt im Bereich von 0,15042P ~ 0,18011P,
Die Verarbeitungstechnologie von MJ-Gewindebolzen weist drei Eigenschaften auf: ①Das Gewinde muss nach der letzten Wärmebehandlung in Form gerollt werden. ②Der Schraubenkopf muss verärgert und geformt sein. ③Die untere Verrundung des Schraubenkopfes muss nach der letzten Wärmebehandlung kaltgewalzt werden. Diese Verarbeitungstechniken können Materialfehler auf der Oberfläche des Bolzens wirksam beseitigen und die verbleibende Druckspannung auf der Oberfläche des Bolzens erhöhen. Infolgedessen kann es eine bedeutende Rolle bei der Verringerung der Wasserstoffversprödungsempfindlichkeit des Bolzens spielen.
5.2 Wählen Sie eine angemessene Verarbeitungstechnologie und ergreifen Sie strenge vorbeugende Maßnahmen
Da der kritische Wert der Zugfestigkeit für einen Wasserstoffversprödungsbruch 1050 MPa beträgt, wird für Schrauben, deren Festigkeitsgrad unter 1000 MPa liegt, unabhängig davon, ob sie galvanisiert sind oder nicht, eine Wasserstoffversprödung nicht berücksichtigt. Bei Schrauben aus legiertem Stahl (wie 30CrMnSiA) mit einer Zugfestigkeit über 1000 MPa kann eine Wasserstoffversprödung vollständig vermieden werden, solange die normalen Wärmebehandlungs-, Galvanik- und Wasserstoffentfernungsverfahren gemäß den Anforderungen der einschlägigen Normen angewendet werden.
Um den Grad der Wasserstoffpermeation zu verringern und den Effekt der Wasserstoffentfernung zu verbessern, müssen unter folgenden Gesichtspunkten Maßnahmen ergriffen werden.
5.2.1 Wärmebehandlung
Gehärteter Martensit hat einen größeren Einfluss auf die Empfindlichkeit der Wasserstoffversprödung, so dass die Wärmebehandlungstemperatur während der Wärmebehandlung angemessen eingestellt werden kann, um die Bildung von getempertem Martensit zu verringern. Beispielsweise erhöht die Verwendung von Austempering die Schwelle des Wasserstoffversprödungsbruchs um etwa 100 MPa. Dies liegt daran, dass die durch Austempering erzeugte untere Bainitstruktur weniger empfindlich gegenüber Wasserstoffversprödung ist als getemperter Martensit.
Manchmal wird dem Heizofen Schutzgas zugesetzt, um die Bildung von Oxidablagerungen auf den Teilen zu verhindern. Wenn das Schutzgas jedoch Hydrid enthält (wie Methanol-Crackgas, RX-Gas usw.), wird das Hydrid nach dem Erhitzen in Wasserstoff zersetzt, was eine Wasserstoffpermeation verursacht und das Risiko einer Wasserstoffversprödung erhöht. Daher ist es nicht ratsam, bei der Wärmebehandlung hydridhaltiges Schutzgas zu verwenden. Wenn die Bedingungen dies zulassen, ist es am besten, einen Vakuumofen zum Abschrecken und Anlassen zu verwenden.
Gemäß dem Luft- und Raumfahrt-Industriestandard QJ 451-1988 "Technische Qualitätskontrollanforderungen für Teile (Teile) vor dem Plattieren" "sollten alle Teile mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1050 MPa, jedoch weniger als oder gleich 1450 MPa einer Spannungsentlastungsbehandlung unterzogen werden Die spezifische Heiztemperatur beträgt 190 ～ ℃ 210 ℃, die Zeit beträgt 1 h. Die Spannung bezieht sich hier auf die Restzugspannung, die durch die Wärmebehandlung verursacht wird, und sollte nicht die Restdruckspannung umfassen, die durch das gewalzte Gewinde oder die abgerundete Ecke des kaltgewalzten Kopfes nach der Behandlung verursacht wird.
5.2.2 Beizen
Obwohl das Beizen nicht der Hauptprozess der Wasserstoffpermeation ist, dringt Wasserstoff in die Schrauben ein, wenn es nicht gut kontrolliert wird. Daher betonen viele Standards das Verbot des Beizens mit starker Säure vor dem Plattieren und die Verwendung von Beizen mit schwacher Säure oder Kugelstrahlen stattdessen.
5.2.3 Galvanisieren
Das Galvanisieren ist der Hauptprozess für die Aufnahme von Wasserstoff durch Schrauben, und die strikte Kontrolle des Galvanisierungsprozesses ist die Hauptmaßnahme zur Verhinderung der Wasserstoffversprödung von Schrauben.
Die Auswahl verschiedener Galvanikverfahren entsprechend der Zugfestigkeit der Schrauben ist eines der Mittel, um einen Bruch der Wasserstoffversprödung zu vermeiden. Für 30CrMnSiA-Schrauben mit einer Zugfestigkeit über 1080 MPa kann eine gewöhnliche Verzinkung oder Cadmiumbeschichtung verwendet werden.
Für Schrauben aus legiertem Stahl mit einer Zugfestigkeit über 1250 MPa muss eine strengere Prozesskontrolle angewendet werden, obwohl auch gewöhnliche Zink- oder Cadmiumbeschichtungsverfahren verwendet werden können. ISO 5857: 1988 "Beschaffungsspezifikation für vorspringende Kopfschrauben aus legiertem Stahl mit Luft- und Raumfahrtfestigkeit 1250MPa MJ" schreibt vor, dass Produktschrauben einem Spannungsfestigkeitstest unterzogen werden müssen, dh 75% der minimalen Bruchzugbelastung werden 23 Stunden lang auf die Schrauben ausgeübt. und die Schrauben dürfen nicht brechen. Oder zerstören. GB / T 3098.1-2010 "Mechanische Eigenschaften von Befestigungsschrauben, Schrauben und Muttern" erinnert Benutzer daran, dass sie vorsichtig sein sollten, wenn sie die Verwendung von Schrauben der Klasse 12.9 oder höher in Betracht ziehen.
Gemäß dem "Prohibited (Limited) Process Catalogue for Aerospace Products" (siehe Tian Technology [2004] Nr. 42) ist für Schrauben mit einer Zugfestigkeit über 1300 MPa eine Galvanisierung mit Zink oder Cadmium nicht zulässig, eine Galvanisierung mit geringer Wasserstoffversprödung jedoch verwendet werden. Kunst. Die Elektroplattierung mit geringer Wasserstoffversprödung ist eine Art von Verfahren, das in den 1960er und 1970er Jahren für die Wasserstoffversprödung von Flugzeugteilen entwickelt wurde, einschließlich der Cadmiumbeschichtung mit niedriger Wasserstoffversprödung, der Cadmiumtitanbeschichtung mit niedriger Wasserstoffversprödung und der Zinknickelbeschichtung mit niedriger Wasserstoffversprödung. Anforderungen an die Galvanisierung mit geringer Wasserstoffversprödung: Tempern vor dem Plattieren, Sandstrahlen statt Beizen oder Vakuumwärmebehandlung. Beim Galvanisieren wird einerseits die Badformulierung eingestellt und andererseits
Cadmiumbeschichtetes Titan ist eine Reihe von galvanischen Versprödungsprozessen mit geringer Wasserstoffversprödung, die durch Reformierung, Verbesserung und Verbesserung ähnlicher Prozesse im Ausland im letzten Jahrhundert entstanden sind. Titan hat einen starken Adsorptionseffekt auf Wasserstoff. Es kann Wasserstoff an der Oberfläche des Produkts adsorbieren und verhindern, dass Wasserstoff in das Substrat eindringt. Daher hat kadmiumbeschichtetes Titan mit geringer Wasserstoffversprödung einen großen Beitrag zur Lösung des Problems der Wasserstoffversprödung geleistet und ist in der Luftfahrtindustrie nach wie vor weit verbreitet. . Aufgrund seines strengen Prozessablaufs und der hohen Kosten wird es jedoch in der Luft- und Raumfahrtindustrie nur selten eingesetzt, und im Grunde wurde keine Produktionslinie eingerichtet.
In der Luft- und Raumfahrtindustrie wurden in den 1980er Jahren das Zink-Nickel-Legierungsbeschichtungsverfahren mit niedriger Wasserstoffversprödung und das Cadmiumbeschichtungsverfahren mit niedriger Wasserstoffversprödung sowie der Industriestandard QJ 1824-1989 "Zink-Nickel-Legierung für die Luft- und Raumfahrtindustrie durchgeführt Beschichtungstechnische Bedingungen ", QJ 2217-1992" Cadmium-Prozessspezifikation mit geringer Wasserstoffversprödung ".
Natürlich ist bei Bolzen mit einer Zugfestigkeit über 1500 MPa auch eine Beschichtung mit geringer Wasserstoffversprödung riskant. Von Zeit zu Zeit tritt ein Wasserstoffversprödungsbruch auf. Wenn Sie das Risiko einer Wasserstoffversprödung vollständig vermeiden möchten, können Sie ein Beschichtungsverfahren ohne Wasserstoffversprödung verwenden oder es ändern. Verwenden Sie andere korrosionsbeständige Materialien.
Darüber hinaus sollten Schrauben gemäß den Bestimmungen von ISO 9587 "Metall und andere anorganische Beschichtungen zur Verringerung des Risikos einer Vorbehandlung von Wasserstoffversprödungsstahlprodukten" vor dem Galvanisieren einer Spannungsentlastungsbehandlung unterzogen werden.
5.3 Wasserstoffentfernung
Bei der Wasserstoffentfernung werden die Schrauben zum Backen in einen Ofen bei etwa 200 ° C gestellt, damit der Wasserstoff in den Schrauben zu Wasserstoffmolekülen kombiniert wird und entweicht. Der Schlüssel zur Verbesserung des Effekts der Wasserstoffentfernung ist: Entfernen Sie Wasserstoff rechtzeitig nach dem Plattieren; Zweitens: Halten Sie die Temperatur der Wasserstoffentfernung so hoch wie möglich. Drittens sollte die Zeit für die Wasserstoffentfernung lang genug sein.
Die rechtzeitige Entfernung von Wasserstoff nach dem Plattieren hat einen großen Einfluss auf die Verbesserung der Wirkung der Wasserstoffentfernung. Der allgemeine Standard sieht vor, dass nicht mehr als 4 Stunden nach dem Plattieren und einige ausländische Unternehmensstandards vorschreiben, dass Wasserstoff innerhalb von 3 Stunden entfernt werden muss. Tatsächlich haben viele Unternehmen das Zeitintervall zwischen Galvanisieren und Wasserstoffentfernung auf weniger als 1 Stunde verkürzt, um den Effekt der Wasserstoffentfernung zu verbessern.
Je höher die Wasserstoffentfernungstemperatur ist, desto besser ist der Wasserstoffentfernungseffekt, der sich jedoch nicht der Anlasstemperatur des Materials annähern oder diese erreichen kann, da sonst die Leistung des Materials beeinträchtigt wird.
Die Wasserstoffentfernungszeit sollte je nach Stärke des Bolzens unterschiedlich sein. Je höher die Festigkeit, desto länger ist die Wasserstoffentfernungszeit erforderlich. Gemäß den einschlägigen Normen (wie QJ 452) sollte die Wasserstoffentfernungstemperatur von 30CrMnSiA-Schrauben 190 bis 210 ° C betragen und die Wasserstoffentfernungszeit sollte nicht weniger als 8 Stunden betragen.
Es ist zu beachten, dass eine zu kurze Wasserstoffentfernungszeit nicht nur zur Verringerung des Wasserstoffgehalts beiträgt, sondern auch den Wasserstoffgehalt erhöht. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Wasserstoffentfernungszeit und der Versprödungsrate von Teilen nach dem Plattieren in verschiedenen Bädern. Aus 9 ist ersichtlich, dass die Versprödungsrate für 2 h × 4 h Wasserstoffentfernung höher ist als die ohne Wasserstoffentfernung. Dies liegt daran, dass die von der Oberflächenschicht des Teils absorbierte Wasserstoffkonzentration nach dem Galvanisieren am größten ist. Zu Beginn des Backens diffundiert der an der Oberfläche adsorbierte Wasserstoff schnell und fließt einerseits in die Luft und beschleunigt andererseits schneller in das Metall.
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5.4 Beschichtung ohne Wasserstoffversprödung
Die Verwendung der Wasserstoffversprödungsfreien Beschichtungstechnologie ist eine Technologie, um Wasserstoffversprödung vollständig zu vermeiden. Von den 1960er bis 1980er Jahren entwickelten die USA, Deutschland, Frankreich, Japan und andere Länder einige Beschichtungen ohne Wasserstoffversprödung. Diese Beschichtungen müssen keine kathodische galvanische Abscheidung vornehmen, und es gibt keinen Wasserstoffabsorptionsprozess, so dass sie als "Nicht-Wasserstoffversprödungsbeschichtungen" bezeichnet werden. Sie können für Bolzenbeschichtungen wie mechanisches Verzinken, Pulver-Sherardisieren, Dacromet-Beschichten usw. verwendet werden. Derzeit sollte die am weitesten verbreitete Dacromet-Beschichtung sein.
