氢脆防护技术解读
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电焊条用线材的氢致脆研究与预防方法氢致脆是指金属在存在高浓度氢气环境下,发生脆性断裂的现象。
在电焊过程中,由于线材中可能含有一定的水分,并且通过电弧反应产生的气体会包含一定的氢气,在电焊条用线材中存在氢致脆的风险。
本文将深入研究电焊条用线材的氢致脆问题,并提出预防方法。
首先,我们需要了解电焊条用线材中氢致脆的成因。
氢气会渗透进入金属晶界,当氢气达到一定浓度时,会导致金属晶界发生脆性断裂。
电焊过程中的熔融池产生的气体,如水蒸气、氮气等,会在焊接过程中与金属反应生成氢气。
除了焊接本身产生的气体,电焊线材中的水分也会在焊接过程中蒸发并与金属反应生成氢气。
为了预防电焊条用线材的氢致脆问题,首先我们需要保证线材的质量。
线材的水分含量是影响氢含量的重要因素之一。
在购买线材时,应选择质量可靠的产品,并确保其水分含量低于标准要求。
此外,线材在存储和运输过程中也需注意防潮,避免受潮导致水分增加,进而增加金属氢含量。
其次,控制焊接工艺参数也是预防电焊条用线材氢致脆的重要措施之一。
在选择焊接电流、电弧特性等参数时,应根据具体材料和焊接要求,合理调整参数,以减少氢含量的生成。
焊接过程中,应控制电弧时间和焊接速度,避免过长的电弧时间和过快的焊接速度导致氢的积累。
另外,电焊工作者在焊接过程中需注意维持良好的气氛环境,减少产生气体的可能性。
此外,对焊缝进行预热也是预防氢致脆的有效方法之一。
预热能够提高金属的扩散能力,减少氢的积聚。
在焊接前,对焊缝的周边区域进行一定的预热,可以有效减少氢气的聚集和扩散,提高焊缝的强度。
最后,采用合适的焊接材料和技术也能有效预防电焊条用线材的氢致脆问题。
选择适合材料的焊接电极可以减少氢含量的产生,提高焊接接头的质量。
同时,采用低氢型焊条和精细焊接技术,可以减少焊接熔融池中氢气的生成和固溶量,避免金属发生氢致脆。
综上所述,电焊条用线材的氢致脆问题在焊接中必须引起重视。
为了预防氢致脆的发生,我们应选择质量可靠的线材,并注意线材的储存、运输和使用过程中防潮;调整焊接工艺参数,控制电弧时间和焊接速度;对焊缝进行预热;选择适合材料的焊接电极和采用合适的焊接技术。
科技名词定义中文名称:氢脆英文名称:hydrogen embrittlement其他名称:白点定义1:金属由于吸氢引起韧性或延性下降的现象。
所属学科:船舶工程(一级学科);船舶腐蚀与防护(二级学科)定义2:钢材在冶炼、加工和使用中溶解于钢中的原子氢,在重新聚合成分子氢时产生的巨大应力超过钢的强度极限时,可以在钢内产生微裂纹,导致材料的韧性或塑性下降的现象。
氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。
氢脆只可防,不可治。
氢脆一经产生,就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
热处理的方法是将工件加热至某一温度,保温一段时间,缓冷,使氢随溶解度逐渐变小,逐渐析出。
但加热会破坏镀层,因此热处理的方法对于经过电镀的工件并不适用。
如何防治首先,尽量缩短酸洗时间;其次加缓蚀剂,减少产氢量。
压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折;氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中;也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
去氢处理,也称除氢处理,一般对电镀前后必须进行工序,特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。
氢脆的原理与预防在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%~50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。
2 氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。
镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。
经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。
氢脆的概念、机理及应对措施详解一、氢脆的概念氢脆是指金属材料在冶炼、加工、热处理、酸洗和电镀等过程中,或在含氢介质中长期使用时,材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化,发生脆断的现象。
人们不仅在普通的钢材中发现氢脆现象,在不锈钢、铝合金、钛合金、镍基合金和锆合金中也都有此现象。
从机械性能上看,氢脆有以下表现:氢对金属材料的屈服强度和极限强度影响不大,但使延伸率是断面收缩率严重下降,疲劳寿命明显缩短,冲击韧性值显著降低。
在低于断裂强度拉伸应力的持续作用下,材料经过一段时期后会突然脆断。
二、氢脆的机理氢脆的机理学术界还有争议,但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因:1、在金属凝固的过程中,溶入其中的氢没能及时释放出来,向金属中缺陷附近扩散,到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集,从而产生巨大的内压力,使金属发生裂纹。
2、在石油工业的加氢裂解炉里,工作温度为300-500度,氢气压力高达几十个到上百个大气压力,这时氢可渗入钢中与碳发生化学反应生成甲烷。
甲烷气泡可在钢中夹杂物或晶界等场所成核,长大,并产生高压导致钢材损伤。
3、在应力作用下,固溶在金属中的氢也可能引起氢脆。
金属中的原子是按一定的规则周期性地排列起来的,称为晶格。
氢原子一般处于金属原子之间的空隙中,晶格中发生原子错排的局部地方称为位错,氢原子易于聚集在位错附近。
金属材料所外力作用时,材料内部的应力分布是不均匀的,在材料外形迅速过渡区域或在材料内部缺陷和微裂纹处会发生应力集中。
在应力梯度作用下氢原子在晶格内扩散或跟随位错运动向应力集中区域。
由于氢和金属原子之间的交互作用使金属原子间的结合力变弱,这样在高氢区会萌生出裂纹并扩展,导致了脆断。
另外,由于氢在应力集中区富集促进了该区域塑性变形,从而产生裂纹并扩展。
还有,在晶体中存在着很多的微裂纹,氢向裂纹聚集时有吸附在裂纹表面,使表面能降低,因此裂纹容易扩展。
4、某些金属与氢有较大的亲和力,过饱和氢与这种金属原子易结合生成氢化物,或在外力作用下应力集中区聚集的高浓度的氢与该种金属原子结合生成氢化物。
1.控制氢脆断裂的思路氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。
氢脆只可防,不可治。
氢脆一经产生,就消除不了,重在预防。
(氢在承受静载的紧固件中的扩散可以通过氢脆断裂前的延迟时间而直接观察到。
由于材料的氢脆倾向、材料中氢的总量、氢的扩散比以及旋加应力水平的不同,氢脆断裂时间延迟的变化很大,从几分钟到几天或几周不等,紧固件处理过程中对氢的吸收是累积性的,单一的某种处理引入零件的氢或许不足以导致氢脆,但多种处理引入零件的氢的累积却有可能导致氢脆)2.氢脆现象氢脆:是指氢原子侵入基体材料中而引起的材料延迟失效断裂。
它的发生需要满足两个条件:a、金属有较高的含氢量;b、一定的外力作用。
3.氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
4.氢脆形成的环节第一类主要是由外部环境侵入的氢(外氢)引起的延迟断裂。
如裸露在空气表面外壳等连接使用的螺栓、螺母,在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生;第二类酸洗、电镀处理的制造过程中侵入钢中的氢(内氢)引起的延迟断裂。
如镀锌螺栓等在加载后,经过几小时或几天的较短时间后而发生。
对于前者,一般是由于在长期暴露过程中发生腐蚀,腐蚀坑处腐蚀反应生成的氢侵入而引起的;后者是由于制造过程如酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处集中而引起的。
热处理对于高强度螺纹紧固件,尤其是10.9级和12.9级螺钉,不但使用中碳合金结构钢,而且还要进行调质热处理。
对于自攻螺钉、自攻锁紧螺钉等,都要求进行浅层渗碳(碳氮共渗)。
去氢处理,也称除氢处理,一般对电镀前后必须进行工序,特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。
氢脆的原理与预防在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%~50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。
2 氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。
镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。
经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。
金属材料氢脆研究及防护措施氢脆是指金属在使用过程中与氢气发生反应,导致其脆性增加,易于发生裂纹和断裂。
这是金属材料出现的一个严重问题,对于工业生产和使用中的金属材料有很大的不利影响。
氢脆的原因是金属与氢气发生反应,导致氢分子渗透到金属内部,并与金属原子结合成为氢化物,在细小的缺陷处形成高应力区,导致金属发生塑性变形,产生微裂纹,最终导致金属材料的断裂。
为了解决氢脆问题,工业生产中采取了多种措施。
其中最常用的方法是在生产中控制氢气的来源和含量,尽可能降低金属与氢气发生反应的可能性。
此外,在金属材料的加工和使用过程中,需要特别注意减少金属表面裂纹和缺陷的产生,避免强化材料上的应力和变形。
通过这些措施可以有效地预防金属材料的氢脆现象。
除了采取预防措施,科学家们还在积极研究氢脆的成因和防护方法。
他们发现,氢分子与金属原子发生反应时,需要一定的能量才能形成氢化物。
因此,如果能够控制金属表面的能量状态,就有可能避免氢分子与金属原子发生反应,从而防止氢脆现象的产生。
为了实现这一点,研究人员提出了各种抗氢脆防护措施。
其中最常用的方法就是采用钼、铬等金属元素将金属材料的表面覆盖,从而防止氢分子与金属原子直接接触。
另外,还可以采用涂层、膜、纳米材料等方法来包裹金属,形成保护层,隔绝金属与氢分子的接触,从而减少氢脆的发生。
此外,科学家们还在研究新型抗氢脆材料和涂层,以及新的氢脆防护体系。
他们采用分子层析、光学、表面分析等各种技术手段,探索金属和氢气之间的反应机制,开发高效的抗氢脆材料。
同时,他们也在研究氢脆防护系统的优化和改进,以提高其防护性能和可靠性。
总之,氢脆是金属材料在使用过程中面临的一个重要问题。
为了解决这个问题,工业生产研究中采取了多种预防措施,同时科学家们也在积极研究新的抗氢脆材料和防护系统。
这将有助于提高工业生产效率和质量,推动金属材料产业进一步的发展。
氢脆现象1、氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹。
又称白氢脆现象点。
2 内氢脆在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
3.热处理适合氢脆。
热处理的方法是将工件加热至某一温度,保温一段时间,缓冷,使氢随溶解度逐渐变小,逐渐析出。
加热会破坏镀层。
4.如何防治。
主要是将酸洗控制好。
首先,尽量缩短酸洗时间;其次加缓蚀剂,减少产氢量。
压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生氢脆现象元素很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折;氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中;也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
腐蚀特别严重的容器,宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。
介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆,主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。
温度越高、氢分压越突,碳钢的氢脆层就越深,发生氢脆破裂的时间也越短,其中温度尤其是重要因素。
钢的含碳量越高,在相同的温度和压力条件下,氢脆的倾向越严重。
钢中添有铬、钛、钒等元素,可以阻止氢脆的产生。
氢脆的机理、检测与防护The mechanism of hydrogen embrittlement, detection andprotection材科0803 刘笑语摘要:本文介绍了氢脆的基本概念,氢脆现象的机理以及避免和消除氢脆的措施和其中应该注意的问题。
同时本文还介绍了氢脆和应力腐蚀的区别。
关键词:氢脆 机理 检测 防护措施1.前言氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。
氢脆只可防,不可治。
氢脆一经产生,就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
2.氢脆的类型及特征2.1 氢在金属中的存在形式氢脆断裂(氢脆):由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。
1、氢的来源可分为内含的和外来的两种。
前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程(如焊接、酸洗、电镀等)中吸收的氢;后者是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
2、氢在金属中的存在形式①以间隙原子状态固溶在金属中,对大多数工业合金,氢的溶解度随温度的降低而降低。
②氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷(如空洞、气泡、裂纹)处,以氢分子状态存在。
③还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成氢化物。
④与金属中的第二相作用生成气体产物,如钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷等。
2.2 氢脆类型及其特征1、氢蚀是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体,使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
如碳钢在300~500℃的高压氢气氛中工作时,由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气泡,当气泡在晶界上达到一定密度后,金属的塑性将大幅降低。
这种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相接触的部位。
1.控制氢脆断裂的思路氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。
氢脆只可防,不可治。
氢脆一经产生,就消除不了,重在预防。
(氢在承受静载的紧固件中的扩散可以通过氢脆断裂前的延迟时间而直接观察到。
由于材料的氢脆倾向、材料中氢的总量、氢的扩散比以及旋加应力水平的不同,氢脆断裂时间延迟的变化很大,从几分钟到几天或几周不等,紧固件处理过程中对氢的吸收是累积性的,单一的某种处理引入零件的氢或许不足以导致氢脆,但多种处理引入零件的氢的累积却有可能导致氢脆)2.氢脆现象氢脆:是指氢原子侵入基体材料中而引起的材料延迟失效断裂。
它的发生需要满足两个条件:a、金属有较高的含氢量;b、一定的外力作用。
3.氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
4.氢脆形成的环节第一类主要是由外部环境侵入的氢(外氢)引起的延迟断裂。
如裸露在空气表面外壳等连接使用的螺栓、螺母,在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生;第二类酸洗、电镀处理的制造过程中侵入钢中的氢(内氢)引起的延迟断裂。
如镀锌螺栓等在加载后,经过几小时或几天的较短时间后而发生。
对于前者,一般是由于在长期暴露过程中发生腐蚀,腐蚀坑处腐蚀反应生成的氢侵入而引起的;后者是由于制造过程如酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处集中而引起的。
热处理对于高强度螺纹紧固件,尤其是10.9级和12.9级螺钉,不但使用中碳合金结构钢,而且还要进行调质热处理。
对于自攻螺钉、自攻锁紧螺钉等,都要求进行浅层渗碳(碳氮共渗)。
为了避免加热中螺纹氧化、脱碳,且得到光亮和光洁的表面,采用保护气氛或渗碳气氛,气氛常采用高纯度甲醇经高温催化裂解:CH3OH→CO+2H2,炉内气氛成分H2氢气(64%)、CO二氧化碳(32%)、CO2二氧化碳(﹤1%)、CH4叔碳原子(0.2%)、CH3OH(余量)。
在淬火加热和渗碳(碳氮共渗)时,较高的加热温度下,氢很容易渗入工件应力集中的区域(如螺钉头杆结合处)。
渗入钢中的氢一般以原子状态存在,但为降低能量,总是与杂质原子、位错、空位、晶粒边界及滑移带等相互作用,并力图结合成氢分子。
氢的这一行为对钢的氢脆破坏有重要影响。
电镀酸洗电镀工艺都有一个共同的前提,必须除去紧固件表面黑色氧化层,使金属具有光亮。
为此,就必须对紧固件进行酸洗。
酸洗是把紧固件放在稀盐酸中搅动1--10min。
酸洗是紧固件电镀过程中产生渗氢作用的主要环节,紧固件在酸洗时存在反应:Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。
在酸洗中钢所吸收的氢是随时间的越长而成线性增长达到饱和值,在PH值较低的溶液中其饱和值较高,而PH值较高则饱和值较低。
除油在电镀除油过程中渗氢的环节主要存在于电镀除油中,由于阴极除油的速度较快,多数企业采取阴极和阴阳交替联合除油。
但阴极除油过程会产生大量的氢原子,附着在紧固件表面,从而产生渗氢。
电镀过程如镀锌过程中,阴极上除了锌的沉积外还有氢的析出。
因此,镀锌时同时会产生渗氢现象。
但由于锌有阻止氢渗透作用,当紧固件表面沉积一薄层锌后,该镀层将阻碍氢原子向紧固件内部扩散。
同理,若紧固件在镀锌前已有渗氢,镀锌后其内部的氢亦不易逸出。
5.调查:社内80%使用中碳钢,依据2010年IQC线材检验记录:屈服强度:580-620MPa,硬度:210-250HV。
6.社内潜在风险:线材屈服强度>620MPa、硬度≥310HV时,钢的屈服点愈高愈容易发生氢脆破坏,即使只含少量的氢气,也可能导致破坏。
材料强度对氢脆敏感性的影响是:随着钢的强度的提高,其变脆指数也升高,而持久强度降低,说明钢的强度越高,对氢脆越敏感越大。
7.改善计划:热处理改善:1.渗碳热处理严格控制外协厂甲醇和甲苯的的添加,防止因高纯度甲醇使用经高温催化裂解导致氢渗入工件应力集中的区域。
a.调查现外协热处理厂渗碳工艺甲醇和甲苯的添加量。
b.依据国家与行业标准,试行甲醇和甲苯的添加量的管制。
c.分别各发5批样品进行试样,以不同热处理参数加工部品惊醒性能试验结果,以试验结果作为依据确定管制方法是否有效果,是否纳入寸金要求进行管制2.热处理去应力内部残余未驱除导致材料脆化甚至开裂。
a.热处理渗碳后回火时间严格要求控制2小时MIN,防止应力内部残余未驱除。
(个人分析认为先力得之所以断头发现的概率比宝强高,问题主要出在回火时间上,先力得1小时.宝强两小时,回火的好处:1.回火消除应力实际上可以减少零件内的陷阱数量,从而减轻发生氢脆的隐患。
2.帮助氢气的逸出)。
a.1发联络函对先力得进行要求其回火时间增加到2小时a.2实施过程受到阻碍请高层介入协调工作电镀改善:1.电镀酸洗:a.镀前的酸洗和碱洗以及随后的电镀过程中,表面吸收了氢原子,沉积的金属镀层后俘获氢(任何一种酸,都能产生氢,当与钢作用时,都将导致钢的韧性下降。
)a.1在酸洗液中加入缓蚀剂,减少产氢量以及对钢的韧性的影响。
①调查现外协电镀厂酸洗工艺是否添加缓蚀剂,如添加了解品牌.型号.②寸金提出外协电镀厂酸洗工艺添加缓蚀剂的要求,实施过程中如有厂家不同意或不配合请高层协调处理工作。
(行业调查1公升溶液添加2-5克,成本几乎忽略不计)a.2严格控制电镀电镀酸洗时间最长不可超过5分钟,浓度控制在3%--5%之间。
①品管部作成其要求发出电镀厂,驻厂人员进行监督2.电镀除氢:a.1因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量随时间的延长而增加。
新的国际标准草案规定“最好在镀后1h内,但不迟于2h,除氢温度:200℃,至少烘烤4小时。
(150--200℃保温可以排除氢脆,但温度过高,例如,400℃以上,氢在钢中溶解度也增加,氢不再自动从钢中逸出,达不到驱氢的目的。
)3.电镀不良返电控制:电镀不良返电镀部品不可超过2次,超过2次直接报废处理,除氢时间至少8小时。
设计改善:a.零件的几何形状:带有容易产生应力集中的缺口,小R等的零件,去氢时间在图纸特别注明。
b.零件的截面积:细小的钢丝作成螺钉部品极易被氢饱和,去氢时间在图纸特别注明。
c.镀层种类:如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散,去氢时间在图纸特别注明。
控制电镀层厚度由于镀层覆盖在紧固件表面,镀层在一定程度上会起到氢扩散屏障的作用,这将阻碍氢向紧固件外部的扩散。
当镀层厚度超过2.5μm时,氢从紧固件中扩散出去就非常困难了。
例子:硬度<32HRC的紧固件,镀层厚度可以要求在12μmmax;硬度≥32HRC的高强度螺钉,镀层厚度应控制在8μmmax。
这就要求在产品设计时,必须考虑到高强度螺栓的氢脆风险,合理选择镀层种类和镀层厚度。
d.去氢处理的要求:材料强度越大,其氢脆敏感性也越大,这是的基本概念。
国际标准要求抗拉强度σb>105kg/mm2的钢材,要进行相应的镀前去应力和镀后去氢处理。
法国航空工业对屈服强度σs>90kg/mm2的钢件就要求作相应去氢处理。
通过查阅大量的资料显示:很多汽车与航空知名企业,以部品螺丝等级进行区分对应不同的去氢时间。
驱氢工艺一览表(韩大宇汽车公司公司文件)紧固件性能等级表面处理状态驱氢温度/℃最短驱氢时间/h9.8/10.9级螺钉螺栓镀锌190~210410.9级自攻锁紧螺栓610.9级螺栓磷化140~16069.8/10.9级自攻锁紧螺钉自攻螺钉4e.电镀的选择对客户要求特别严的客户,建议采用不会造成渗氢的涂层:机械镀锌(Coating of Zinc Mechaically Deposited on iron and steel articles)钢铁件经去油,除锈后在非金属和非电解结晶条件下形成镀层。
是一种在常温常压下利用化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉在工件表面形成镀层的工艺。
1)特点:无镀后氢脆,所用原材料无毒性。
可根据不同要求多种镀层,如锌铝、锌铝锡等合金。
2)镀层厚度按客户要求而定,通常5-110um不等;3)外观:镀层应覆盖所有有效面积,色泽均匀,呈光亮或半光亮状态;4)耐腐蚀寿命比电镀锌高3-5倍,镀层在5-8um下。
达克罗(Dacromet)达克罗表面处理是当前国际上金属表面处理的高新技术。
始于70年代初,由美国人发明。
后转让到法、日等国,97年引进中国。
达克罗镀层具有高耐蚀性的银灰色镀层。
有点像银粉漆,主要有微小锌片及粘合锌片的无机铬聚合物组成和稀释剂。
达克罗的基本方法是浸镀。
工艺流程是去油-抛丸(去氧化层)-涂覆-固化-冷却-成品。
1)厚度3-9um表面呈银灰色,镀层平整;2)耐腐蚀性能是电镀锌的10倍;最少可过800小时盐雾;3)无污染,无氢脆;建议:社内技术部把相关设计上的特殊点作成设计手册试验标准改善a.氢脆作业指导书的改善依据氢脆对温度和形变速率的依赖关系:氢脆只发生在一定的温度范围和慢的形变速率情况下。
当温度太低时,氢原子的扩散速率太慢,能与位错结合形成气团的机会甚少;反之,当温度太高时,氢原子扩散速率太快,热激活作用很强,氢原子很难固定在位错下方,位错能自由运动,因此,也不易产生氢脆。
对钢来说,对氢脆最敏感的温度就在室温附近。
同样,可以理解形变速率的影响。
当形变速率太高时,位错运动太快,氢原子的扩散跟不上位错的运动,因而显示不出脆性。
修改社内氢脆试验的顺序由原来的将攻入试验所得的铁板放入冰箱内放置12小时后,取出在室温中再放置24小时变更为螺丝锁付完成后将铁板常温下在空气中放置24小时,然后将铁板放入电冰箱内,放置24小时后取出检查。
通俗理解:第一步骤:依据元素的特性反映出试验结果。
第二步骤:依据力学热胀冷缩的原理使应力更加集中,拉申力加强,以其物理特性反映出试验结果。
品管部通知试验把适合氢脆的防护的要求进行整合,做成寸金《氢脆的防护技术要求》,防止氢脆断裂致命缺陷的发生。