Hydrogen embrittlement of alloy steel bolts (3)

5 maneiras técnicas para evitar a fratura por fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de aço

    A prevenção da fratura por fragilização por hidrogênio de parafusos de liga de aço requer uma consideração abrangente com base no mecanismo da fratura por fragilização por hidrogênio. De acordo com a resistência à tração necessária, o material apropriado e o processo de fabricação correspondente. 6,1 íons de parafusos roscados MJ íons de parafusos roscados MJ não só pode melhorar a capacidade do parafuso de suportar cargas dinâmicas, mas também melhorar a capacidade do parafuso de resistir à fragilização por hidrogênio. A redução da concentração de tensão desempenha um papel importante na redução da suscetibilidade dos parafusos à fragilização por hidrogênio. Portanto, ao inserir roscas de parafusos, tente usar roscas MJ com um raio de arco maior na parte inferior da rosca. O raio do arco inferior da rosca MJ está na faixa de 0,15042P ~ 0,18011P,

    A tecnologia de processamento dos parafusos roscados MJ tem três características: ①A rosca deve ser moldada após o tratamento térmico final; ②A cabeça do parafuso deve ser virada e moldada; ③O filete inferior da cabeça do parafuso deve ser laminado a frio após o tratamento térmico final. Essas técnicas de processamento podem efetivamente eliminar defeitos de material na superfície do parafuso e aumentar a tensão residual de compressão na superfície do parafuso. Como resultado, pode desempenhar um papel significativo na redução da sensibilidade à fragilização por hidrogênio do parafuso.

5.2 Escolha uma tecnologia de processamento razoável e adote medidas preventivas estritas

    Como o valor crítico da resistência à tração para a fratura por fragilização por hidrogênio é de 1050 MPa, para parafusos cujo nível de resistência é inferior a 1000 MPa, independentemente de serem eletrodepositados ou não, a fragilização por hidrogênio não é considerada. Para parafusos de liga de aço (como 30CrMnSiA) com resistência à tração acima de 1000 MPa, desde que os processos normais de tratamento térmico, galvanoplastia e remoção de hidrogênio sejam usados ​​de acordo com os requisitos das normas relevantes, a fragilização por hidrogênio pode ser completamente evitada.

    A fim de reduzir o grau de permeação de hidrogênio e melhorar o efeito da remoção do hidrogênio, medidas devem ser tomadas nos seguintes aspectos.

5.2.1 Tratamento térmico

    A martensita temperada tem um impacto maior na sensibilidade da fragilização por hidrogênio, de modo que a temperatura do tratamento térmico pode ser ajustada adequadamente durante o tratamento térmico para reduzir a formação de martensita temperada. Por exemplo, o uso de austêmpera aumentará o limite de fratura por fragilização por hidrogênio em cerca de 100 MPa. Isso ocorre porque a estrutura inferior da bainita produzida pela austêmpera é menos sensível à fragilização por hidrogênio do que a martensita temperada.

    Às vezes, gás de proteção é adicionado ao forno de aquecimento para evitar a formação de incrustações de óxido nas peças. No entanto, se o gás de proteção contiver hidreto (como gás de craqueamento de metanol, gás RX, etc.), o hidreto será decomposto em hidrogênio após o aquecimento, o que causará a permeação de hidrogênio e aumentará o risco de fragilização por hidrogênio. Portanto, não é aconselhável usar gás de proteção contendo hidreto no processo de tratamento térmico. Se as condições permitirem, é melhor usar um forno a vácuo para têmpera e têmpera.

    De acordo com o padrão da indústria aeroespacial QJ 451-1988 "Requisitos Técnicos de Controle de Qualidade para Peças (Peças) Antes do Chapeamento", todas as peças com resistência à tração maior que 1050 MPa, mas menor ou igual a 1450 MPa, devem ser submetidas a tratamento de alívio de tensão a temperatura de aquecimento específica é 190 ℃ ～ 210 ℃, o tempo é 1 h. A tensão aqui se refere à tensão residual de tração causada pelo tratamento térmico e não deve incluir a tensão compressiva residual causada pelo fio laminado ou pelo canto arredondado da cabeça laminada a frio após o tratamento.

5.2.2 Decapagem

    Embora a decapagem não seja o principal processo de permeação de hidrogênio, se não for bem controlada, o hidrogênio penetra nos parafusos. Portanto, muitos padrões enfatizam a proibição de decapagem com ácido forte antes do plaqueamento e o uso de decapagem com ácido fraco ou shot peening.

5.2.3 Galvanoplastia

    A galvanoplastia é o principal processo pelo qual os parafusos absorvem hidrogênio, e o controle rigoroso do processo de galvanoplastia é a principal medida para evitar a fragilização dos parafusos por hidrogênio.

    A escolha de diferentes processos de galvanoplastia de acordo com a resistência à tração dos parafusos é um dos meios para evitar a fratura por fragilização por hidrogênio. Para parafusos 30CrMnSiA com resistência à tração acima de 1080MPa, pode-se usar zinco comum ou cádmio.

    Para parafusos de liga de aço com resistência à tração acima de 1250 MPa, embora processos comuns de zinco ou cádmio também possam ser usados, um controle de processo mais rigoroso deve ser adotado. ISO 5857: 1988 "Especificação de Aquisição de Parafusos de Cabeça Salientes de Liga de Aço Roscado Classe 1250MPa MJ" estipula que os parafusos do produto devem passar por um teste de resistência à tensão, ou seja, 75% da carga de tração mínima de ruptura é aplicada aos parafusos por 23 horas, e os parafusos não devem quebrar. Ou destruir. GB / T 3098.1-2010 "Propriedades mecânicas de parafusos, parafusos e porcas de fixação" lembra os usuários de que eles devem ser cautelosos ao considerar o uso de parafusos de grau 12.9 ou superior.

    De acordo com o "Catálogo de Processo Proibido (Limitado) para Produtos Aeroespaciais" (ver Tian Technology [2004] No. 42), para parafusos com resistência à tração acima de 1300 MPa, a galvanoplastia de zinco ou cádmio não é permitida, mas a galvanoplastia de baixa fragilização por hidrogênio pode ser usado. Criar. Galvanoplastia de baixa fragilização por hidrogênio é um tipo de processo desenvolvido para a fragilização por hidrogênio de peças de aeronaves nas décadas de 1960 e 1970, incluindo revestimento de cádmio de baixa fragilização por hidrogênio, revestimento de titânio de cádmio de baixa fragilização por hidrogênio e revestimento de zinco níquel de baixa fragilização por hidrogênio. Requisitos de galvanoplastia de baixa fragilização por hidrogênio: têmpera para alívio de tensões antes do revestimento, jato de areia em vez de decapagem ou tratamento térmico a vácuo. No processo de galvanoplastia, por um lado, a formulação do banho é ajustada e, por outro lado,

    Titânio banhado a cádmio é um conjunto de processo de galvanoplastia de fragilização com baixo teor de hidrogênio formado pela reforma, melhoria e melhoria de processos semelhantes em países estrangeiros no século passado. O titânio tem um forte efeito de adsorção no hidrogênio. Ele pode adsorver hidrogênio na superfície do produto e impedir que o hidrogênio penetre no substrato. Portanto, o titânio banhado a cádmio com baixa fragilização por hidrogênio tem feito grandes contribuições para resolver o problema da fragilização por hidrogênio e ainda é amplamente utilizado na indústria de aviação. . No entanto, raramente é usado na indústria aeroespacial por causa de sua operação de processo rigorosa e alto custo, e basicamente nenhuma linha de produção foi estabelecida.

    Na indústria aeroespacial, o processo de galvanização de liga de zinco-níquel de baixa fragilização por hidrogênio e o processo de galvanização de cádmio de baixa fragilização por hidrogênio foram realizados em uma pequena faixa na década de 1980, e o padrão da indústria aeroespacial QJ 1824-1989 "Liga de zinco-níquel condições técnicas de revestimento ", QJ 2217-1992" Low Hydrogen Embrittlement Cadmium Process Specification ".

    Obviamente, para parafusos com resistência à tração acima de 1500 MPa, o revestimento de baixa fragilização por hidrogênio também é arriscado. A fratura por fragilização por hidrogênio ocorre de tempos em tempos. Se você deseja evitar completamente o risco de fragilização por hidrogênio, pode usar um processo de revestimento de fragilização sem hidrogênio ou trocá-lo. Use outros materiais resistentes à corrosão.

    Além disso, de acordo com as disposições da ISO 9587 "Metais e outros revestimentos inorgânicos para reduzir o risco de pré-tratamento de produtos de aço fragilizados por hidrogênio", os parafusos devem ser submetidos a um tratamento de alívio de tensão antes da galvanização.

5.3 Remoção de hidrogênio

    A remoção do hidrogênio consiste em colocar os parafusos em um forno a cerca de 200 ° C para assar, de modo que o hidrogênio nos parafusos se combine em moléculas de hidrogênio e escape. A chave para melhorar o efeito da remoção do hidrogênio é: primeiro, remova o hidrogênio a tempo após o plaqueamento; segundo, mantenha a temperatura de remoção do hidrogênio o mais alta possível; terceiro, o tempo para a remoção do hidrogênio deve ser longo o suficiente.

    A remoção oportuna do hidrogênio após o plaqueamento tem uma grande influência na melhoria do efeito da remoção do hidrogênio. O padrão geral estipula que não mais do que 4 horas após o plaqueamento, e alguns padrões de empresas estrangeiras estipulam que o hidrogênio deve ser removido dentro de 3 horas. Na verdade, muitas empresas reduziram o intervalo de tempo entre a eletrodeposição e a remoção do hidrogênio para menos de 1 hora, a fim de melhorar o efeito da remoção do hidrogênio.

    Quanto mais alta a temperatura de remoção de hidrogênio, melhor o efeito de remoção de hidrogênio, mas não pode se aproximar ou atingir a temperatura de revenimento do material, caso contrário, o desempenho do material será afetado.

    O tempo de remoção do hidrogênio deve ser diferente de acordo com a resistência do parafuso. Quanto maior for a resistência, maior será o tempo de remoção do hidrogênio necessário. De acordo com os padrões relevantes (como QJ 452), a temperatura de remoção de hidrogênio dos parafusos 30CrMnSiA deve ser de 190 ℃ ~ 210 ℃ e o tempo de remoção de hidrogênio não deve ser inferior a 8h.

    Deve-se notar que se o tempo de remoção do hidrogênio for muito curto, não apenas não ajudará a reduzir o conteúdo de hidrogênio, mas também aumentará o conteúdo de hidrogênio. A Figura 9 mostra a relação entre o tempo de remoção de hidrogênio e a taxa de fragilização das peças após o plaqueamento em diferentes banhos. Pode-se ver na Fig. 9 que a taxa de fragilização para 2h ～ 4h de remoção de hidrogênio é maior do que sem a remoção de hidrogênio. Isso porque a concentração de hidrogênio absorvido pela camada superficial da peça é a maior após a eletrodeposição. No início do cozimento, o hidrogênio adsorvido na superfície rapidamente se difunde e transborda no ar, por um lado, e acelera para se difundir no metal, por outro lado.

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5.4 Revestimento sem fragilização por hidrogênio

    O uso de tecnologia de revestimento sem fragilização por hidrogênio é uma tecnologia para evitar completamente a fragilização por hidrogênio. De 1960 a 1980, os Estados Unidos, Alemanha, França, Japão e outros países desenvolveram alguns revestimentos sem fragilização por hidrogênio. Esses revestimentos não precisam adotar eletrodeposição catódica e não há processo de absorção de hidrogênio, por isso são chamados de "revestimentos de fragilização sem hidrogênio". Eles podem ser usados ​​para revestimentos de parafusos, como galvanização mecânica, sherardização em pó, revestimento dacromet, etc. Atualmente, o revestimento Dacromet mais amplamente utilizado deve ser.