Analiza cauzei fracturării cu hidrogen a șuruburilor din oțel aliat

Fragilarea prin hidrogen este un mod tipic de rupere fragilă a oțelului de înaltă rezistență. Atomii liberi de hidrogen care pătrund în matricea de oțel se acumulează la defectele interne, limitele de granule și regiunile de concentrare a tensiunilor, determinând o creștere bruscă a tensiunii interne locale. Când stresul concentrat indus de hidrogen depășește limita locală de rezistență a oțelului, în interiorul materialului se inițiază microfisuri ireversibile. După formarea șuruburilor și întreținerea, sub efectul de cuplare al tensiunii reziduale interne și al tensiunii externe de lucru, aceste microfisuri continuă să se propage și în cele din urmă duc la o rupere bruscă fragilă.

Fragilarea hidrogenului este ireversibilă. Poate fi prevenit doar prin controlul procesului și al stării de lucru, mai degrabă decât eliminat prin post-tratare. Prin urmare, o înțelegere clară a factorilor inductori ai fracturii de fragilizare a hidrogenului este esențială pentru a evita în mod fundamental astfel de defecțiuni. Principalele cauze ale fragilizării hidrogenului în șuruburile din oțel aliat includ penetrarea hidrogenului în timpul decaparii, hidrogenul rezidual în timpul topirii, absorbția hidrogenului din mediile de serviciu și fractura fragilă întârziată indusă de hidrogen.

1. Penetrarea hidrogenului în timpul proceselor de decapare

Procedurile de pretratare, inclusiv decaparea, fosfatarea, saponificarea și galvanizarea sunt sursele majore de pătrundere a hidrogenului în timpul fabricării șuruburilor. Dintre aceste procese, decaparea și fosfatarea prezintă cea mai semnificativă evoluție de hidrogen și comportament de penetrare a hidrogenului. În timpul tratamentului de fosfatare, mediul acid formează numeroase micro celule galvanice între structurile de fier și carbon din oțel. O peliculă densă de fosfat se formează pe suprafața piesei de prelucrat la anod, în timp ce reacții severe de degajare a hidrogenului au loc la catod, generând un număr mare de atomi de hidrogen activ.

Atomii de hidrogen nou generați au un volum mic și o activitate ridicată, permițându-le să pătrundă cu ușurință în suprafața oțelului și să rămână în interiorul matricei. Pătrunderea hidrogenului în proces în timpul producției este cauza principală a fracturii de fragilizare a hidrogenuluișuruburi din oțel aliat.

2. Eliminarea incompletă a hidrogenului în timpul topirii

În timpul topirii oțelului aliat, urmele de hidrogen sunt introduse de materiile prime, gazul cuptorului și mediile de răcire. Limitați de temperatura de topire, mediul cuptorului, procesele de degazare și controlul procesului, atomii de hidrogen din oțelul topit nu pot fi îndepărtați complet, lăsând o anumită cantitate de hidrogen rezidual în matricea de oțel.

Hidrogenul rezidual reduce rezistența de legătură a granițelor de oțel și crește fragilitatea structurală. În timpul tratamentului termic ulterior, înclinării la rece și încărcării de serviciu, accelerează inițierea și propagarea microfisurilor și crește semnificativ riscul de fractură prin fragilizarea hidrogenului.

3. Absorbția hidrogenului din mediile externe de servicii

Când șuruburile servesc pe termen lung în medii umede, ploioase sau corozive, pe suprafața șuruburilor apar reacții electrochimice declanșate de umiditate și medii corozive. Aceste reacții generează continuu atomi de hidrogen activ care pătrund în matricea bolțului.

În medii ploioase, cu umiditate ridicată și ceață sărată intensă, șuruburile absorb hidrogenul într-un ritm mai rapid, cu o acumulare mai mare de hidrogen, ceea ce duce la o probabilitate mult mai mare de rupere a fragilizării hidrogenului în comparație cu condițiile de lucru uscate.

4. Fractură fragilă întârziată indusă de hidrogen

Acesta este modul de rupere a miezului de fragilizare a hidrogenului. Hidrogenul rezidual liber din interiorul matricei șuruburilor se acumulează continuu la zonele de concentrare a tensiunilor sub acțiunea combinată a tensiunii reziduale de preîncărcare și a sarcinii operaționale alternante. Îmbogățirea cu hidrogen reduce foarte mult duritatea la rupere a materialului și promovează propagarea lentă a microfisurilor inerente, provocând în cele din urmă o fractură fragilă întârziată, fără simptome evidente pre-eșecuri. Este un mod tipic de defecțiune bruscă cu stres scăzut.

Măsuri de prevenire a fragilizării prin hidrogen

Fragilarea prin hidrogen așuruburise bazează în principal pe prevenire. În producția și aplicarea efectivă, materiile prime cu sensibilitate scăzută la hidrogen vor fi selectate în funcție de gradele de rezistență a șuruburilor și condițiile de utilizare. Procesele cheie, cum ar fi tratamentul termic, decaparea, fosfatarea și galvanizarea ar trebui să fie optimizate, însoțite de un tratament strict de dehidrogenare și un control al calității pe întregul proces. Măsurile de prevenire cuprinzătoare care acoperă selecția materiilor prime, fabricarea, tratarea suprafeței, asamblarea și funcționarea pot elimina în mod eficient riscurile de fragilizare prin hidrogen.