Az ötvözött acélcsavarok hidrogén-ridegződéses törésének okának elemzése

A hidrogén ridegség a nagy szilárdságú acélok tipikus rideg meghibásodási módja. Az acélmátrixba behatoló szabad hidrogénatomok felhalmozódnak a belső hibákon, szemcsehatárokon és feszültségkoncentrációs tartományokon, ami a helyi belső feszültség meredek növekedését okozza. Amikor a hidrogén által kiváltott koncentrált feszültség meghaladja az acél helyi szilárdsági határát, visszafordíthatatlan mikrorepedések keletkeznek az anyag belsejében. Csavarformázás és szervizelés után, a belső maradó feszültség és a külső üzemi feszültség összekapcsoló hatása alatt ezek a mikrorepedések tovább terjednek, és végül hirtelen törékeny töréshez vezetnek.

A hidrogénes ridegség visszafordíthatatlan. Csak folyamat- és üzemállapot-szabályozással lehet megelőzni, nem pedig utókezeléssel megszüntetni. Ezért az ilyen hibák alapvető elkerüléséhez elengedhetetlen a hidrogénridegesedés-törés indukáló tényezőinek világos megértése. Az ötvözött acélcsavarok hidrogén ridegségének fő okai közé tartozik a hidrogén behatolása a pácolás során, a maradék hidrogén az olvasztás során, a hidrogén abszorpciója az üzemi környezetből és a hidrogén okozta késleltetett rideg törés.

1. Hidrogén behatolás a pácolási folyamatok során

Az előkezelési eljárások, beleértve a pácolást, foszfátozást, elszappanosítást és galvanizálást, a hidrogénbehatolás fő forrásai a csavargyártás során. Ezen eljárások közül a pácolás és a foszfátozás jelenti a legjelentősebb hidrogénfejlődési és hidrogénpenetrációs viselkedést. A foszfátozás során a savas közeg számos mikro-galván cellát képez az acél vas- és szénszerkezetei között. A munkadarab felületén az anódnál sűrű foszfátfilm képződik, míg a katódon súlyos hidrogénfejlődési reakciók mennek végbe, és nagyszámú aktív hidrogénatom keletkezik.

Az újonnan előállított hidrogénatomok kis térfogatúak és nagy aktivitásúak, így könnyen áthatolnak az acél felületén és a mátrixon belül maradnak. A gyártás során fellépő hidrogén behatolása a hidrogén rideg repedésének elsődleges okaötvözött acél csavarok.

2. Hiányos hidrogéneltávolítás olvasztás közben

Az ötvözött acél olvasztása során a nyersanyagok, a kemencegáz és a hűtőközegek nyomokban hidrogént juttatnak be. Az olvasztási hőmérséklet, a kemence környezete, a gáztalanítási folyamatok és a folyamatszabályozás miatt a hidrogénatomok az olvadt acélból nem távolíthatók el teljesen, így bizonyos mennyiségű maradék hidrogén marad az acélmátrixban.

A maradék hidrogén csökkenti az acélszemcsehatárok kötési szilárdságát és növeli a szerkezeti ridegséget. Az ezt követő hőkezelés, hidegfejezés és szervizterhelés során felgyorsítja a mikrorepedések keletkezését és továbbterjedését, valamint jelentősen megnöveli a hidrogénridegedéses törés kockázatát.

3. Hidrogénabszorpció külső szolgáltatási környezetekből

Amikor a csavarok tartósan nedves, esős vagy korrozív környezetben működnek, elektrokémiai reakciók lépnek fel a csavar felületén nedvesség és korrozív közeg hatására. Ezek a reakciók folyamatosan aktív hidrogénatomokat hoznak létre, amelyek behatolnak a csavarmátrixba.

Esős, magas páratartalmú és erős sóködös környezetben a csavarok gyorsabban szívják fel a hidrogént, nagyobb hidrogén-felhalmozódás mellett, ami a száraz munkakörülményekhez képest sokkal nagyobb valószínűséggel törik a hidrogént.

4. Hidrogén okozta késleltetett rideg törés

Ez a hidrogén ridegedés maghibás módja. A csavarmátrixon belüli szabad maradék hidrogén folyamatosan felhalmozódik a feszültségkoncentrációs zónákban a maradék előfeszítési feszültség és a váltakozó üzemi terhelés együttes hatására. A hidrogénes dúsítás nagymértékben csökkenti az anyag törési szilárdságát, és elősegíti a benne rejlő mikrorepedések lassú terjedését, ami végül késleltetett rideg törést okoz, nyilvánvaló meghibásodás előtti tünetek nélkül. Ez egy tipikus alacsony feszültségű, hirtelen meghibásodási mód.

Hidrogénridegedés-megelőzési intézkedések

Hidrogén ridegségecsavarokelsősorban a megelőzésre támaszkodik. A tényleges gyártás és alkalmazás során az alacsony hidrogénérzékenységű nyersanyagokat a csavar szilárdsági fokának és az üzemi feltételeknek megfelelően kell kiválasztani. Az olyan kulcsfontosságú folyamatokat, mint a hőkezelés, a pácolás, a foszfátozás és a galvanizálás optimalizálni kell, szigorú dehidrogénezési kezeléssel és teljes folyamat-minőség-ellenőrzéssel együtt. A nyersanyag kiválasztására, a gyártásra, a felületkezelésre, az összeszerelésre és az üzemeltetésre kiterjedő átfogó megelőzési intézkedések hatékonyan kiküszöbölik a hidrogén ridegedés kockázatát.