氫脆對(duì)金屬制件的危害及對(duì)策

氫脆對(duì)金屬制件的危害及對(duì)策

試驗(yàn)過(guò)程氫脆氫脆是指當(dāng)金屬或合金吸收氫原子時(shí)，由于有應(yīng)力，產(chǎn)生的一種脆弱現(xiàn)象。氫脆主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)度鋼、不銹鋼及彈性零件上,造成氫脆的主要原因是表面處理過(guò)程中產(chǎn)生的氫滲入金屬內(nèi)部,使晶格排列混亂,產(chǎn)生扭曲,造成內(nèi)應(yīng)力增加,使金屬或鍍層產(chǎn)生脆性,引起制件斷裂、強(qiáng)度降低或鍍層開(kāi)裂及脫落。1氫脆的原因1材料材料的影響2鍍層的擴(kuò)散過(guò)程酸洗過(guò)程中,隨著金屬的溶解,初生的氫在材料亞表面上富集,沿晶間滲入金屬內(nèi)部,特別是在鐵及鎳金屬上,這種擴(kuò)散趨勢(shì)更大。電鍍過(guò)程中,作為陰極的工件上除發(fā)生金屬離子的還原反應(yīng)外,還會(huì)發(fā)生H+的還原反應(yīng),陰極的過(guò)電位越高,越易發(fā)生H+的還原,氫原子會(huì)進(jìn)入鍍層或鐵基體。不同金屬的吸氫是不同的,鉻鍍層的吸氫程度較大,約占鍍層質(zhì)量的0.45%;其次是鐵族金屬,約占鍍層質(zhì)量的0.1%。22采用適當(dāng)?shù)某凸に?二烷基苯磺酸鈉鍍層如對(duì)高強(qiáng)度鋼和彈性和長(zhǎng)期受力零件盡量選用涂覆或化學(xué)處理工藝,避免氫氣的產(chǎn)生。必須進(jìn)行電鍍的零件,可選用吸氫較少的電鍍層。研究發(fā)現(xiàn):在以鋼鐵件為基體的陽(yáng)極性鍍層中,鎘比鋅更易于吸氫;在陰極性鍍層中,鎳比錫更易吸氫。另外,還應(yīng)選擇電流效率高的工藝,如鍍鋅工藝中,氰化鍍鋅的ηκ為60%～85%,銨鹽鍍鋅的ηκ為94%～98%,鋅酸鹽鍍鋅的ηκ為70%～85%。ISO2081規(guī)定,對(duì)于抗拉強(qiáng)度Rm大于1240MPa的鋼零件,不允許進(jìn)行鍍鋅、鍍鎘。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高溫磷化對(duì)高強(qiáng)度、高應(yīng)力或彈簧類制件氫脆影響較大,制件脆斷機(jī)率隨磷化時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的增高而加大。5表面處理后進(jìn)行氫處理3除氫除油在表面處理過(guò)程中,氫脆的產(chǎn)生是不可避免的。氫脆的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致金屬內(nèi)部晶格混亂扭曲,造成金屬和鍍層產(chǎn)生脆性,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件強(qiáng)度降低、斷裂,甚至失效。通過(guò)加熱、噴丸或振動(dòng)等方式消除材料應(yīng)力;采用適當(dāng)?shù)某?、酸洗及表面處理工藝等盡量減少過(guò)程中氫氣的產(chǎn)生,將吸氫的可能減少到最小;處理結(jié)束后再對(duì)零件實(shí)施除氫處理,使?jié)B入金屬的氫得以逸出;以上措施可以有效地防止氫脆的產(chǎn)生。并不是所有的金屬在表面處理過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生氫脆,從各種失效報(bào)告統(tǒng)計(jì)結(jié)果和研究數(shù)據(jù)以及大量的生產(chǎn)實(shí)踐看,氫脆主要產(chǎn)生在黑色金屬的低合金高強(qiáng)度合金鋼(抗拉強(qiáng)度不小于1050MPa)、不銹鋼及彈性零件上,其原因許多學(xué)者目前看法不盡一致。除油的方法多種多樣,但除油方法會(huì)引起氫脆只有兩種,即陰極電解除油和酸性溶液除油。陰極電解除油時(shí),大部分氫原子以氫氣的方式散發(fā)到空氣中,極少部分氫原子則會(huì)滲透到金屬內(nèi)部,使金屬產(chǎn)生氫脆,而且油污越重,產(chǎn)生氫脆的可能性越大。其原因是:一方面油污重時(shí),除油時(shí)間長(zhǎng),析出氫氣多,產(chǎn)生氫脆的可能性就大;另一方面,厚重的油污使工件表面產(chǎn)生的氫氣難于逸出,致使?jié)B氫的機(jī)會(huì)增大。酸性除油既具有除油功能,又具有酸洗功能。酸洗產(chǎn)生的氫氣滲入金屬內(nèi)部致使工件產(chǎn)生氫脆。33清潔過(guò)程的影響42電或化學(xué)處理的影響2預(yù)防措施1除氫工藝參數(shù)的選擇。根據(jù)材料對(duì)于易產(chǎn)生氫脆的材料,在表面處理前先進(jìn)行加熱、噴丸或振動(dòng)等處理,使工件上的氫氣得以逸出,應(yīng)力得到充分釋放,減少氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生。加熱是鍍前處理最常用的除氫方式。材料種類不同,加熱溫度和除氫時(shí)間也不同。一般來(lái)說(shuō),溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng),除氫效果越好。但是溫度過(guò)高,反而不利于氫氣的排出。因此可根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度選擇合適的除氫溫度和時(shí)間。工藝參數(shù)見(jiàn)表1,表中Rm為抗拉強(qiáng)度。對(duì)于黑色金屬特別是低合金高強(qiáng)度鋼、彈性和長(zhǎng)期受力零件、高過(guò)載等抗拉強(qiáng)度高的零件以及馬氏體不銹鋼等嚴(yán)禁采用陰極電解除油,可用陽(yáng)極電解除油、超聲波除油等方法。高強(qiáng)度合金鋼、彈性和長(zhǎng)期受力零件的氧化皮去除,嚴(yán)禁用強(qiáng)酸洗,可采用噴砂、噴丸、液體噴砂或光飾等機(jī)械手段。特別是不能用硫酸洗,因?yàn)榱蛩狃こ?酸洗速度慢,生成的氫氣難以快速?gòu)墓ぜ厦撾x,而且使用溫度高,造成工件吸氫可能性增加。必須進(jìn)行酸洗時(shí),應(yīng)用稀的鹽酸,并加入緩蝕劑和表面活性劑,一方面減緩酸和基體金屬的反應(yīng),減少氫氣的生成;另一方面使生成的氫氣易于脫離金