-
中國緊固件行業(yè)現(xiàn)狀分析與發(fā)展前景
2018-12-11
- 關(guān)于塑料螺絲 ,你真的了解嗎 2023-07-14
- 緊固件基礎(chǔ)知識(shí)FAQ(四)| 你一定要了解的8個(gè)緊固件基本常識(shí) 2023-07-03
- 法士威2023年第二季度工作總結(jié)Party圓滿落下帷幕 2023-07-01
- 法士威2023第一季度工作總結(jié) part,圓滿收官 2023-04-02
深圳市法士威精密零件有限公司
文章出處:螺絲百科 網(wǎng)責(zé)任編輯: 法士威精密零件 閱讀量: 發(fā)表時(shí)間:2024-12-03
氫滲入金屬材料后,會(huì)導(dǎo)致金屬損傷,使金屬零件在低于材料屈服極限的應(yīng)力作用下發(fā)生脆性斷裂失效,這種現(xiàn)象就稱為“氫脆”。
合金鋼氫脆的主要表現(xiàn)形式,是前者,而鈦合金氫脆的主要表現(xiàn)形式,是后者。
01 鈦合金氫脆的機(jī)理
合金鋼發(fā)生氫脆斷裂的機(jī)理是:當(dāng)一定量的氫滲入合金鋼材料后,以游離態(tài)氫原子、氫離子等形態(tài)在材料中游離,從低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)聚集,向材料中的氣孔、夾雜、微裂紋等缺陷處聚集,互相結(jié)合形成氫分子,從而使氫的壓力增大。
當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后,材料的微裂紋就會(huì)擴(kuò)大、延伸,以釋放壓力,而氫分子則以氫氣的形式逸出材料。
在拉應(yīng)力作用下,游離氫繼續(xù)向新擴(kuò)展的微裂紋聚集、增壓,使其繼續(xù)擴(kuò)展,最后演變成更大的裂紋。反復(fù)聚集,裂紋反復(fù)擴(kuò)展、增大、延伸,最終導(dǎo)致材料斷裂。整個(gè)過程需要一定的時(shí)間,這就形成了所謂的“延遲斷裂”。
鈦合金的氫脆的機(jī)理與特點(diǎn)不同于合金鋼,鈦合金中的氫不能以分子形態(tài)滲入鈦基體,而是與鈦合金表面接觸后,首先發(fā)生表面物理吸附和化學(xué)吸附(活性吸附),氫分子離解出氫原子,氫原子便以極快的速度向鈦合金基體內(nèi)部擴(kuò)散。
當(dāng)吸氫量超過其最大溶解度時(shí),擴(kuò)散到鈦中的氫原子就會(huì)以固溶狀態(tài)或氫化物形式存在。氫原子在鈦合金中擴(kuò)散后的分布并不是均勻的,而是有一定的“偏聚”。
與合金鋼類似,材料的缺陷(如位錯(cuò)、晶界、沉淀相或夾雜物與基體相界面、氣孔、微裂紋等)是氫喜歡聚集的地方,往往也是氫脆的斷裂源。
02 鈦合金氫脆的分類
第一類氫脆的典型形式就是氫化物氫脆。含氫的α鈦發(fā)生冷卻或者含氫的β鈦共析分解時(shí),都會(huì)析出新的化合物氫化鈦(TiH)。
氫化鈦是一種穩(wěn)定的脆性物質(zhì),它與基體晶粒之間的結(jié)合力相對(duì)較弱,二者的彈性、塑性差異較大,受到應(yīng)力后的應(yīng)變不協(xié)調(diào),基體晶粒與氫化鈦晶粒之間的界面就會(huì)產(chǎn)生微裂紋,這種裂紋一般沿晶間迅速擴(kuò)展、擴(kuò)大,最終導(dǎo)致材料斷裂。
第二類氫脆與變形速度有關(guān),氫脆敏感性隨變形速度的增加而下降。氫脆的裂紋源是在應(yīng)力和氫的相互作用下逐步形成的,其中有些是可逆的,有些是不可逆的。可逆性氫脆存在于(α+β)鈦合金中,是一種復(fù)雜的氫脆現(xiàn)象。
當(dāng)(α+β)鈦合金的溶氫量未超過極限溶解度時(shí),氫處于固溶狀態(tài),在此狀態(tài)下材料進(jìn)行低速變形,而后卸載、靜止,再進(jìn)行高速拉伸,材料的塑性可以得以恢復(fù)。但是對(duì)材料再進(jìn)行連續(xù)緩慢加載,或者持續(xù)施加靜載荷,延續(xù)一段時(shí)間后,材料就會(huì)發(fā)生突然斷裂(亦即“延遲斷裂”)。
如果對(duì)斷裂重新進(jìn)行常規(guī)的性能試驗(yàn),會(huì)發(fā)現(xiàn)材料仍具有正常的塑性和瞬時(shí)強(qiáng)度,這種現(xiàn)象在鈦合金緊固件中很少見。
03 鈦合金緊固件氫的來源
鈦合金在冶煉過程中,海綿鈦中的氫、含氫化合物以及冶煉、澆鑄等過程都會(huì)帶入氫或氫氣氛,這是氫進(jìn)入鈦合金的主要渠道。
鈦合金緊固件在機(jī)械加工過程中接觸到含氫介質(zhì),包括水氣、脫模潤滑劑、冷卻液等,都會(huì)使氫附到零件表面,進(jìn)而滲入材料內(nèi)部。
鈦合金緊固件在熱處理過程中接觸了含氫或含水的氣氛或淬火介質(zhì)。
鈦合金緊固件在除油、酸洗、陽極氧化加工等過程中接觸了含氫介質(zhì),其中酸洗對(duì)于氫脆敏感的高強(qiáng)度鈦合金來說,吸氫效果更為顯著。
一般將以上除第1項(xiàng)之外的其余3項(xiàng)統(tǒng)稱為“氫污染”。
04 鈦合金緊固件的氫脆檢測
從鈦合金氫脆機(jī)理的分析可知,鈦合金的氫脆主要取決于它吸氫的多少,或者說他的氫含量。因此檢測鈦合金的氫含量就是判定鈦合金緊同件是否會(huì)發(fā)生氫脆的主要方法。
目前,國內(nèi)及國外的鈦合金緊固件標(biāo)準(zhǔn)一般將含氫量控制在125ppm以內(nèi),基本能夠確保各類鈦合金螺栓的氫脆安全性。
至于螺母、墊圈、環(huán)槽鉚釘(釘桿)等產(chǎn)品,只要在安裝時(shí)不發(fā)生大變形,其氫含量指標(biāo)可參考螺栓標(biāo)準(zhǔn),取小于或等于125ppm即可;而對(duì)于安裝時(shí)需要大變形的普通鉚釘、螺紋空心鉚釘?shù)犬a(chǎn)品,可考慮加嚴(yán)控制,取小于或等于85ppm。
鈦合金氫含量的檢測方法很多,但目前只能按照相應(yīng)緊同件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法,采用真空熔化法或者真空提取法。
具體操作是:在規(guī)定的特定部位取樣,碾碎成粉末后,放入密閉的坩堝容器中高溫加熱到2000℃左右,使材料中的氫全部析出,然后用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比對(duì)確定氫含量。
為了保證所測氫含量的準(zhǔn)確性,制備的試樣一定要保持清潔,清除緊固件表面所有異物,包括潤滑層。潤滑層中一般都含有高分子有機(jī)化合物(如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等),而這些物質(zhì)基本成分都是碳?xì)浠衔铩?/p>
常溫下這些碳?xì)浠衔锊粫?huì)分解,而在2000℃的高溫環(huán)境中,碳?xì)浠衔锞蜁?huì)分解而析出氫,這就大大加氫的實(shí)測值,而這個(gè)實(shí)測值根本不能反映緊固件材料的實(shí)際氫含量。
鈦合金緊固件氫含量的檢測樣本取1件即可。多年的經(jīng)驗(yàn)表明,在同一檢查批中,各個(gè)樣件的檢查結(jié)果誤差大致在1ppm左右,非常一致。
05 鈦合金緊固件的氫脆預(yù)防
根據(jù)鈦合金緊固件的氫脆機(jī)理,預(yù)防鈦合金緊固件氫脆斷裂的技術(shù)措施,應(yīng)該是嚴(yán)格控制緊固件材料中的氫含量。具體從以下幾個(gè)方面加以控制:
嚴(yán)格控制原材料的氫含量
緊固件中的氫主要源于原材料的冶煉,因此必須嚴(yán)格控制原材料的氫含量。材料在入廠復(fù)驗(yàn)時(shí),不能只進(jìn)行機(jī)械性能檢驗(yàn),還必須進(jìn)行氫含量的復(fù)驗(yàn),以保證用于生產(chǎn)的鈦合金材料氫含量符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,生產(chǎn)出的緊固件才有可能符合產(chǎn)品的氫含量要求。
控制緊固件制造過程中和使用狀態(tài)下的氫污染
緊固件的制造加工往往需要拉拔、擠壓、鐓鍛、螺紋成形等壓力加工工藝,需要熱處理、清洗、表面陽極氧化處理等熱、表加工。
在這些加工過程中,零件半成品不可避免地會(huì)與潤滑劑、脫模劑等酸類物質(zhì)接觸,造成零件表面氫污染,進(jìn)而發(fā)生氫滲入。為了預(yù)防緊固件的氫脆,在這些過程中應(yīng)采取有效措施,減輕氫污染。
例如,盡量避免或減少金屬材料與空氣的直接接觸,經(jīng)過壓力加工后的坯件應(yīng)盡快清洗干凈,清除緊固件表面污物時(shí)盡量不用酸洗工藝,尤其是不能采用濃酸洗。
為了避免鈦合金緊固件在貯存、運(yùn)輸、工作環(huán)境下發(fā)生氫污染,一般都需要進(jìn)行陽極氧化處理使零件表形成一層氧化膜,使其與空氣物理隔離,氧化層有藍(lán)色、金黃色、灰褐色等多種。
鈦合金緊固件出廠前,必須進(jìn)行氫含量檢測。對(duì)于經(jīng)過固溶、時(shí)效熱處理,強(qiáng)度較高的鈦合金緊固件尤為重要。