緊固件的氫脆是由于在早期處理過(guò)程中有氫原子進(jìn)入材料內(nèi)部歼郭。多數(shù)情況下,緊固件在承受靜態(tài)拉伸載荷的條件下發(fā)生氫脆。在進(jìn)行高應(yīng)變速率材料試驗(yàn)诱渤,如普通拉伸試驗(yàn)時(shí),不易發(fā)生氫脆谈况。氫原子通常向材料中承受三向應(yīng)力的區(qū)域擴(kuò)散勺美。材料中的應(yīng)力水平與系統(tǒng)中氫的聚集程度將影響氫擴(kuò)散到陷阱位置的比例。氫在陷阱位置的聚集將使得材料的斷裂應(yīng)力下降碑韵,以致在材料中出現(xiàn)裂紋形成赡茸、裂紋擴(kuò)展及至失效等現(xiàn)象。氫在承受靜載的緊固件中的擴(kuò)散可以通過(guò)氫脆斷裂前的延遲時(shí)間而直接觀察到祝闻。由于材料的氫脆傾向占卧、材料中氫的總量、氫的擴(kuò)散比以及旋加應(yīng)力水平的不同联喘,氫脆斷裂時(shí)間延遲的變化很大华蜒,從幾分鐘到幾天或幾周不等。
如果緊固件在處理過(guò)程中曾經(jīng)接觸過(guò)具有氫離子的環(huán)境,它就有可能發(fā)生氫脆叭喜。在鋼發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中產(chǎn)生氫的任何處理都將使氫進(jìn)入材料贺拣,從而增加材料的氫脆傾向。汽車工業(yè)中使用的鋼質(zhì)緊固件在環(huán)境腐蝕矗赔、陰極電解除油贤丐、酸液去氧化皮、化學(xué)清洗坦浦、發(fā)黑和電鍍一類的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理?xiàng)l件下辙求,都將與活性氫原子直接接觸。由于電鍍處理過(guò)程將產(chǎn)生氫怔赤,其對(duì)鋼制緊固件氫的吸收所起作用最大弟诲。電鍍過(guò)程中吸收氫的總量在很大程度上取決于電鍍液的效率≈绕校總的來(lái)說(shuō)但珍,高效電鍍處理產(chǎn)生的氫比低效電鍍處理產(chǎn)生的氫要少。電鍍滾桶中電鍍液裝載量的過(guò)多或過(guò)少等因素將對(duì)電鍍處理的效率產(chǎn)生很大的影響粉簇。
其它與鋼作用時(shí)產(chǎn)生氫的過(guò)程绎术,如酸洗、熱處理后去氧化皮或鍍前處理蛀膊,其影響也都是不容忽視的材诽。John-son的研究很好地描述了浸入酸液對(duì)鋼的韌性的影響。緊固件處理過(guò)程中對(duì)氫的吸收是累積性的恒傻。單一的某種處理引入零件的氫或許不足以導(dǎo)致氫脆脸侥,但多種處理引入零件的氫的累積卻有可能導(dǎo)致氫脆。
電鍍或清洗過(guò)程中氫吸收的不利影響可在電鍍后的加熱處理(通常是指烘烤)過(guò)程中予以消除或減輕盈厘。氫脆危害的嚴(yán)重程度通常取決于緊固件的強(qiáng)度級(jí)別和/或冷加工狀況睁枕。Troiano曾經(jīng)給出過(guò)失效時(shí)間與氫含量及烘烤時(shí)間之間的關(guān)系。通過(guò)烘烤沸手,材料中氫的聚集減輕外遇,失效時(shí)間和較低的臨界應(yīng)力水平則得以延長(zhǎng)和提高。這里契吉,臨界應(yīng)力水平是指低于其下就不會(huì)發(fā)生氫脆的應(yīng)力水平跳仿,類似于疲勞極限。
烘烤時(shí)間是否足夠主要取決于材料的硬度級(jí)別捐晶、電鍍過(guò)程菲语、鍍層類型和鍍層厚度。經(jīng)電鍍處理的較低硬度水平(≤35HRC)的緊固件一般應(yīng)至少烘烤4小時(shí)惑灵;同樣的鍍層山上,但硬度水平較高(≥36HRC)的緊固件一般應(yīng)至少烘烤8小時(shí)伟蕾。曾有建議指出硬度在31~33HRC之間的緊固件應(yīng)烘烤8小時(shí);硬度在33~36HRC之間的緊固件應(yīng)烘烤10小時(shí)烟瞳;硬度在36~39HRC之間的緊固件烘烤12小時(shí)纽材。硬度在39~43HRC之間的緊固件應(yīng)烘14小時(shí)。烘烤工藝的制訂應(yīng)同時(shí)考慮到緊固件的硬度水平與鍍層類型航娩。鍍層在一定程度上可以起到氫擴(kuò)散障礙的作用,這將阻礙氫向緊固件外的擴(kuò)散鹰党。一般來(lái)說(shuō)炫茄,氫透過(guò)疏松涂層向緊固件外擴(kuò)散比透過(guò)致密涂層向外擴(kuò)散要容易。鍍鋅層與較致密的鍍鎘之間即有這種差別钓藏。為了使盡可能多的氫擴(kuò)散出材料状奴,有必要采取更長(zhǎng)的烘烤時(shí)間。A.W.GrobinJr.認(rèn)為精臭,當(dāng)鍍層的厚度超過(guò)2.5μm時(shí)耗憨,氫從鋼中擴(kuò)散出去就將比較困難。在這種情況下摇祖,鍍鋅層就成了氫擴(kuò)散的障礙眷篇。可以認(rèn)為荔泳,在這種情況下進(jìn)行烘烤處理實(shí)際上使氫重新分布到了材料中的各個(gè)陷阱位置蕉饼。
緊固件的氫脆失效的汽車工業(yè)中早已引起了人們的廣泛關(guān)注。這種失效不期而至玛歌,給汽車公司和緊固件供應(yīng)商增加了很大的負(fù)擔(dān)昧港,不僅使其在經(jīng)濟(jì)上蒙受損失,而且還對(duì)公司的用戶滿意度以及汽車的安全性構(gòu)成威脅支子。
防止緊固件的氫脆失效在汽車工業(yè)中日益受到重視创肥。遭受氫脆危害的緊固件可在實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料抗拉強(qiáng)度的條件下,于裝配后的數(shù)分鐘內(nèi)發(fā)生早期失效值朋。在汽車裝配車間叹侄,緊固件的氫脆失效將使生產(chǎn)效率大大降低。對(duì)有潛在氫脆失效率危險(xiǎn)的汽車必進(jìn)行逐一檢查吞歼,并使用新的可靠的緊固件替換所有可疑的緊固件圈膏,而更換緊固件將耗費(fèi)大量時(shí)間。更換氫脆破壞的緊固件對(duì)于汽車制造商和緊固件制造商都將是不小的負(fù)擔(dān)篙骡。
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