Водородное охрупчивание — типичный вид хрупкого разрушения высоко-стали. Свободные атомы водорода, проникающие в стальную матрицу, накапливаются у внутренних дефектов, границ зерен и областей концентрации напряжений, вызывая резкое увеличение локальных внутренних напряжений. Когда концентрированное напряжение, вызванное водородом-, превышает локальный предел прочности стали, внутри материала возникают необратимые микротрещины. После формирования и эксплуатации болта под действием внутреннего остаточного напряжения и внешнего рабочего напряжения эти микротрещины продолжают распространяться и в конечном итоге приводят к внезапному хрупкому разрушению.
Водородное охрупчивание необратимо. Его можно предотвратить только путем контроля процесса и рабочего состояния, а не устранить путем последующей-обработки. Поэтому четкое понимание факторов, вызывающих разрушение из-за водородного охрупчивания, необходимо для того, чтобы принципиально избежать таких отказов. Основными причинами водородного охрупчивания болтов из легированной стали являются проникновение водорода во время травления, остаточный водород во время плавки, поглощение водорода из рабочей среды и замедленное хрупкое разрушение, вызванное водородом.
1. Проникновение водорода в процессе травления.
Процедуры предварительной-обработки, включая травление, фосфатирование, омыление и гальваническое покрытие, являются основными источниками проникновения водорода во время производства болтов. Среди этих процессов травление и фосфатирование характеризуются наиболее значительным выделением и проникновением водорода. При фосфатировании кислая среда образует в стали многочисленные микрогальванические ячейки между структурами железа и углерода. На поверхности детали у анода образуется плотная фосфатная пленка, а на катоде происходят тяжелые реакции выделения водорода, в результате которых образуется большое количество активных атомов водорода.
Вновь генерируемые атомы водорода имеют небольшой объем и высокую активность, что позволяет им легко проникать через поверхность стали и оставаться внутри матрицы. Проникновение технологического водорода во время производства является основной причиной разрушения из-за водородного охрупчивания вболты из легированной стали.
2. Неполное удаление водорода при плавке.
При выплавке легированной стали следы водорода поступают с сырьем, печным газом и охлаждающими средами. Из-за ограничений температуры плавки, условий печи, процессов дегазации и контроля процесса атомы водорода в расплавленной стали не могут быть полностью удалены, в результате чего в стальной матрице остается определенное количество остаточного водорода.
Остаточный водород снижает прочность связи границ зерен стали и увеличивает структурную хрупкость. При последующей термообработке, холодной высадке и эксплуатационном нагружении ускоряется зарождение и распространение микротрещин и значительно увеличивается риск разрушения из-за водородного охрупчивания.
3. Поглощение водорода из внешней среды эксплуатации.
Когда болты длительное время служат-влажными, дождливыми или агрессивными средами, на поверхности болтов происходят электрохимические реакции, вызванные влажностью и агрессивными средами. Эти реакции непрерывно генерируют активные атомы водорода, которые проникают в матрицу затвора.
В условиях дождя, высокой-влажности и сильного соляного тумана болты поглощают водород быстрее, что приводит к более высокому накоплению водорода, что приводит к гораздо более высокой вероятности разрушения из-за водородного охрупчивания по сравнению с сухими условиями работы.
4. Замедленное хрупкое разрушение, вызванное-водородом
Это основной вид разрушения ядра из-за водородного охрупчивания. Свободный остаточный водород внутри матрицы болта постоянно накапливается в зонах концентрации напряжений под совместным действием остаточного напряжения преднатяга и знакопеременной эксплуатационной нагрузки. Обогащение водородом значительно снижает вязкость разрушения материала и способствует медленному распространению собственных микротрещин, что в конечном итоге приводит к замедленному хрупкому разрушению без явных симптомов пред-разрушения. Это типичный режим внезапного сбоя с низким-напряжением.
Меры по предотвращению водородного охрупчивания
Водородное охрупчиваниеболтыопирается главным образом на профилактику. В реальном производстве и применении сырье с низкой-чувствительностью к водороду-должно выбираться в соответствии с классом прочности болтов и условиями эксплуатации. Ключевые процессы, такие как термическая обработка, травление, фосфатирование и гальваника, должны быть оптимизированы, сопровождаясь строгой обработкой дегидрированием и полным-контролем качества процесса. Комплексные профилактические меры, охватывающие выбор сырья, производство, обработку поверхности, сборку и эксплуатацию, могут эффективно устранить риски водородного охрупчивания.
