Kruchość wodorowa elementów złącznych po obróbce cieplnej

Kruchość wodorowa elementów złącznych wynika z przedostawania się atomów wodoru do materiału podczas wczesnej obróbki. W większości przypadków elementy złączne ulegają kruchości wodorowej pod wpływem statycznych obciążeń rozciągających. Prawdopodobieństwo wystąpienia kruchości wodorowej jest mniejsze podczas przeprowadzania testów materiałów z dużą prędkością, takich jak zwykłe próby rozciągania. Atomy wodoru zwykle dyfundują w obszarach materiału poddawanych trójstronnemu naprężeniu. Poziom naprężeń w materiale i stopień akumulacji wodoru w układzie będą miały wpływ na stosunek dyfuzji wodoru do miejsca pułapki. Nagromadzenie wodoru w pozycji pułapki zmniejszy naprężenie pękające materiału, powodując powstawanie pęknięć, propagację pęknięć i uszkodzenie materiału. Ekspansję wodoru w elementach złącznych poddanych obciążeniu statycznemu można bezpośrednio zaobserwować na podstawie aktualnego czasu opóźnienia pęknięcia kruchego wodorowego. Ze względu na tendencję materiału do kruchości wodorowej, całkowitą ilość materiału, stopień dyfuzji wodoru i poziom naprężenia wirowego, opóźnienie w pękaniu ze względu na kruchość wodorową jest bardzo zróżnicowane i waha się od kilku minut do kilku dni lub tygodni.

Jeśli łącznik kiedykolwiek podczas obróbki miał kontakt ze środowiskiem zawierającym atomy wodoru, może to oznaczać kruchość wodorową. Każda obróbka, podczas której podczas reakcji chemicznej stali wytwarza się wodór, umożliwi przedostanie się wodoru do materiału, zwiększając w ten sposób tendencję materiału do kruchości wodorowej. Stalowe elementy złączne stosowane w przemyśle motoryzacyjnym będą w bezpośrednim kontakcie z aktywnymi atomami wodoru w warunkach obróbki chemicznej powłoki konwersyjnej, takich jak korozja środowiskowa, katodowe usuwanie oleju elektrolitycznego, odtlenianie kwasowe, czyszczenie chemiczne, czernienie i galwanizacja. . Ponieważ proces galwanizacji wytwarza wodór, ma on największy wpływ na absorpcję wodoru przez stalowe elementy złączne. Całkowita ilość wodoru zaabsorbowanego podczas procesu galwanizacji w dużej mierze zależy od wydajności roztworu galwanicznego. Ogólnie rzecz biorąc, wysokowydajne procesy galwanizacji wytwarzają mniej wodoru niż niskowydajne procesy galwanizacji. Czynniki takie jak zbyt duże lub zbyt małe obciążenie roztworu galwanicznego w bębnie galwanicznym będą miały ogromny wpływ na wydajność procesu galwanicznego. (Przewodnik: Metody obróbki powierzchni elementów złącznych)

Nie można pominąć także innych procesów wytwarzających wodór podczas interakcji ze stalą, takich jak trawienie, odkamienianie po obróbce cieplnej czy obróbka przed powlekaniem galwanicznym. Badania Johnsona opisują wpływ zanurzenia w kwasie na wytrzymałość stali. Absorpcja wodoru podczas obróbki elementów złącznych ma charakter kumulacyjny. Wodór wprowadzony do części w wyniku pojedynczej obróbki może nie wystarczyć do spowodowania kruchości wodorowej, ale nagromadzenie wodoru wprowadzonego do części w wyniku wielu procesów może spowodować kruchość wodorową.

Niekorzystne skutki absorpcji wodoru podczas galwanizacji lub czyszczenia można wyeliminować lub zmniejszyć podczas obróbki cieplnej (zwykle wypiekania) po galwanizacji. Nasilenie kruchości wodorowej zwykle zależy od poziomu wytrzymałości lub warunków pracy na zimno łącznika. Troiano podał kiedyś związek między czasem awarii a zawartością wodoru i czasem pieczenia. Dzięki wypalaniu zmniejsza się gromadzenie się wodoru w materiale, wydłuża się i poprawia czas awarii oraz niższy poziom naprężeń krytycznych. W tym przypadku krytyczny poziom naprężenia odnosi się do poziomu naprężenia, poniżej którego nie wystąpi kruchość wodorowa, podobnie jak granica zmęczenia.

To, czy czas wypalania będzie wystarczający, zależy głównie od stopnia twardości materiału, procesu galwanicznego, rodzaju powłoki i grubości powłoki. Elementy złączne o niższym stopniu twardości po galwanizacji powinny z reguły wygrzewać się krócej niż 4 godziny: to samo platerowanie, ale elementy złączne o wyższym stopniu twardości wypala się z reguły co najmniej 8 godzin. Sugeruje się, że elementy złączne o twardości pomiędzy 3133HRC należy wypalać przez 8 godzin; elementy złączne o twardości 33-36HRC należy piec 10 godzin, elementy złączne o twardości 36-39HRC należy piec 12 godzin. Elementy złączne o twardości 39-43HRC należy wygrzewać przez 14 godzin. Formułując proces wypiekania należy również wziąć pod uwagę poziom twardości łącznika i rodzaj powłoki. Warstwa galwaniczna może w pewnym stopniu pełnić rolę bariery dyfuzyjnej wodoru, co będzie utrudniać dyfuzję wodoru na zewnątrz elementu złącznego. Ogólnie rzecz biorąc, wodór łatwiej jest dyfundować na zewnątrz przez luźne powłoki, takie jak elementy złączne, niż przez gęste powłoki. Istnieje nawet ta różnica pomiędzy powłoką cynkową a gęstszą powłoką kadmową. Aby wytworzyć jak najwięcej materiału dyfuzyjnego wodorowego, konieczne jest długie wypalanie. A.W.GrobinJr. Uważa się, że gdy grubość powłoki przekracza 2,5 µm, wodór trudniej dyfunduje ze stali. W tym przypadku warstwa cynku staje się przeszkodą dla dyfuzji wodoru. Można uznać, że w tym przypadku obróbka wypalania faktycznie powoduje redystrybucję wodoru do różnych pozycji pułapek w materiale. Problem kruchości wodorowej elementów złącznych wywołał już powszechne obawy w przemyśle motoryzacyjnym. Tego rodzaju awarie zdarzają się nieoczekiwanie, co stanowi ogromne obciążenie dla firm motoryzacyjnych i dostawców elementów złącznych, co nie tylko powoduje dla nich straty ekonomiczne, ale także stwarza zagrożenie dla zadowolenia użytkowników firmy i bezpieczeństwa samochodów.

W przemyśle samochodowym coraz większą uwagę poświęca się zapobieganiu kruchości wodorowej elementów złącznych. Elementy złączne podatne na kruchość wodorową mogą ulec uszkodzeniu już w ciągu kilku minut po montażu, gdy rzeczywiste naprężenia są znacznie niższe niż wytrzymałość materiału na rozciąganie. W warsztacie montażu samochodów kruchość wodorowa elementów złącznych znacznie zmniejszy wydajność produkcji. Samochody, w przypadku których istnieje potencjalne ryzyko awarii związanej z kruchością wodorową, należy przeglądać jeden po drugim i wszystkie możliwe elementy złączne należy wymienić na nowe i niezawodne, a wymiana elementów złącznych zajmie dużo czasu. Wymiana elementów złącznych uszkodzonych na skutek kruchości wodorowej będzie dużym obciążeniem zarówno dla producentów samochodów, jak i producentów elementów złącznych.

Więcej istotnych wiadomości branżowych producentów stempli: