氢脆知识
什么是氢脆现象
什么是氢脆现象?那位高人能给解释一下啊我也来说两句查看全部回复最新回复大漠孤星(2009-3-01 21:57:47)压力容器的氢脆是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折;氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中;也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
腐蚀特别严重的容器,宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。
介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆,主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。
温度越高、氢分压越突,碳钢的氢脆层就越深,发生氢脆破裂的时间也越短,其中温度尤其是重要因素。
钢的含碳量越高,在相同的温度和压力条件下,氢脆的倾向越严重。
钢中添有铬、钛、钒等元素,可以阻止氢脆的产生。
zhangyong6404 (2009-3-01 23:23:51)氢脆是金属材料在氢与应力的联合作用下产生的破坏现象.它使材料突然脆断造成严重的事故。
songgaojie_610 (2009-3-02 00:32:47)针对于合金钢而言,由于晶构内进入氢,而产生的一种金属变翠的现象。
它对合金的破坏是致命的!!是毁灭性的!!最终幻想(2009-3-02 13:06:33)楼主到这里看看有没有您需要的。
/search.php? ... mp;searchsubmit=yeshljrjh (2009-3-02 13:16:07)1、氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹。
应力腐蚀和氢脆
金属材料
化学介质
金属材 料
化学介质
低碳钢、低合 金钢
NaOH溶液、沸腾硝酸盐 溶液,海水,H2S水溶液,铝合金 海洋性和工业性气氛
氯化物溶液,海水及海 洋性大气,潮湿性工业 气氛
奥氏体不锈钢
酸性和中性氯化物溶液,
海水及海洋大气,热 NaCl、H2S水溶液,严重
铜合金
污染的工业大气等
氨蒸汽、含氨气氛,含 氨离子的水溶液、水蒸 汽,湿H2S,氨溶液
腐蚀; 2.导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力。
▪ SCC在石油、化工、航空、原子能等行业中都受到广泛 的重视,如发电厂中的汽轮机叶片、钢结构桥梁、输气输 油管道、飞机零部件等,均有发生应力腐蚀的可能性。
▪ 1967年12月,美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥 俄大桥突然倒塌,死46人。事故调查的结果就是因为应 力+大气中微量H2S导致钢梁产生应力腐蚀所致。
能力知识点2 应力腐蚀的断裂特征
一、应力腐蚀断裂机理
▪ 基本的是滑移-溶解理论(或称钝化模破坏理论)和 氢脆理论。
钝化膜
拉应力
膜破裂 应力集中 断裂
一、特征
▪ 应力腐蚀造成的破坏,是脆性断裂,没有明显的 塑性变形。
▪ 应力腐蚀的裂纹扩展速率较小,有点象疲劳,是 渐进缓慢的,这种亚临界的扩展状况一直达到某 一临界尺寸,使剩余下的断面不能承受外载时, 就突然发生断裂。
10CrNiMoV钢锻材调质后纵断面上的白点形貌
钢中白点
【案例6-2】1938年,英国发生了一起飞机失事的空难事故,造 成机毁人亡。调查发现,飞机发动机的主轴断成了两截,经过 进一步检查,发现在主轴内部有大量像人的头发丝那么细的裂 纹。大量的“发裂”是怎样产生的呢?要怎样才能防止这种裂 纹造成的断裂现象呢?当时正在谢菲尔德大学研究部工作的中 国学者李薰通过大量研究工作,在世界上首次提出钢中的“发 裂”是由于钢在冶炼过程中混进的氢原子引起的。
氢脆的避免消除措施
金属材料的两种经常有关而又有别的被破坏(或断裂)的现象。
目前,由延迟断裂氢脆引发的弹性紧固件断裂自然是一个严重的产品质量问题,人们可以采取各种技术来减少和预防弹性紧固件的氢脆问题。
1.材料缺陷的影响
弹性紧固件材料表面缺陷对电镀锌的有害影响是不容忽视的,比如钢板表面轻微裂纹折叠、斑痕蚀坑夹杂和超过允许深度的脱碳层,都会对弹性紧固件镀锌产生十分有害的影响,压弯成型不当造成表面插划伤,局部应力集中等都会有不良影响。
⑶应选择氢脆性较小的镀锌电解液,一般而言,氯化物型镀锌电解液相对析氢较少,产生氢脆的可能性也小;而氰化物镀锌电解液析氢、渗氢较多,产生氢脆的机率也较大。
⑷采用有效的驱氢工序驱散渗氢,减少氢脆应力。驱氢温度一般为190-230℃,驱氢时间6-8h。在电镀锌后钝化前2h内进行,停留时间越短越好。
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2.热处理工艺的影响
热处理工艺对弹性紧固件电镀锌后的氢脆是有较大影响的,若硬度≥45HRc时,均会诱发或导致弹性紧固件断裂。
在确保热处理技术参数的前提下,选择适宜的加热温度,合理的加热时间,充分予以回火。以最大限度地消除组织应力和热应力,避免其有害影响。淬火加热时应严防氧化和脱碳,网带炉碳势控制在0.60%-0.70%,盐浴炉必须认真脱氧捞渣,进行硬度检测时,严格注意表面层造成硬度虚假现象,使硬度測试值失真。一般应控制在42-44HRc为佳,不要超过45HRc。
(1)
式中α为形状因子,可从断裂力学手册中查到。裂纹深度(a)的扩展速度(da/dt)随KI的变化,一般有图3所示的三阶段的关系,依据Ⅱ阶段的da/dt以及(1)式,可以估算寿命。
热镀锌后氢脆现象_概述说明以及解释
热镀锌后氢脆现象概述说明以及解释1. 引言1.1 概述热镀锌是一种常见的防腐涂层工艺,它在金属材料表面形成了一层锌保护层,有效地延长了金属材料的使用寿命。
然而,在一些情况下,热镀锌后的金属材料可能出现氢脆现象,这会严重影响其力学性能和使用安全。
因此,深入了解热镀锌后的氢脆现象及其机理对于改进工艺以及确保产品质量具有重要意义。
1.2 文章结构本文将首先介绍热镀锌工艺的基本概述,并对氢脆现象进行详细说明。
随后,我们将分析导致热镀锌后氢脆现象的主要因素,并解释其机理。
此外,我们将探讨减少和解决热镀锌后氢脆现象的方法,包括工艺改进、材料选择和处理技术优化以及调控环境条件等方面。
最后,通过总结结论并展望未来研究方向,为读者提供一个全面了解和深入思考这一问题的框架。
1.3 目的本文的目的是全面概述热镀锌后的氢脆现象,并探讨其机理与解决方法。
通过系统地阐述相关知识,旨在增加人们对热镀锌工艺过程中可能出现的问题的认识,并为工程技术人员和研究人员提供指导,以确保产品质量和使用安全性。
此外,本文也希望引发更多进一步研究这一问题的兴趣,为未来相关领域的发展提供新思路。
2. 热镀锌后氢脆现象2.1 热镀锌工艺概述热镀锌是一种常见的表面处理技术,通过将金属材料浸入熔融的锌液中进行覆盖,形成一层锌保护膜。
这种工艺可以有效地防止金属材料氧化和腐蚀,提高其耐久性和使用寿命。
2.2 氢脆现象说明然而,尽管热镀锌可以提供优异的防腐保护,但在一些情况下,被热镀锌处理过的金属材料可能会出现氢脆现象。
氢脆是指由于金属结构中吸附了过多的氢而引起的材料变脆和易碎的现象。
在热镀锌过程中,氢可以通过电解反应或其他途径进入被处理金属内部,并导致氢脆现象。
2.3 影响因素分析导致热镀锌后氢脆的主要因素可归纳为以下几点:首先,酸洗环节中残留的酸洗液或其他含有水分和易溶解氢的物质可能会进入金属材料内部,引起氢脆现象。
其次,热镀锌过程中产生的高温环境有利于氢在金属结构中的扩散。
12.4环境断裂——氢脆
3,氢致相变导致的氢脆 , (1) 氢化物析出导致氢脆 很多金属或合金(如 , , , , , , 很多金属或合金 如Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta, Re等)能形成稳定的氢化物,氢化物是一种脆性中 能形成稳定的氢化物, 等 能形成稳定的氢化物 间相,一旦有氢化物析出, 间相,一旦有氢化物析出,材料的塑性和韧性就会 下降,即氢化物析出导致材料变脆. 下降,即氢化物析出导致材料变脆.这是一种氢致 相变引起的氢脆. 相变引起的氢脆.
(3) 焊接冷裂纹 焊接过程是个局部冶炼过程, 焊接过程是个局部冶炼过程,焊条及大气中的水分会进 入熔池变成H,当进入的氢量较高时, 入熔池变成 ,当进入的氢量较高时,在焊后的冷却过程中 就有可能产生氢压微裂纹(类似于钢中白点 . 就有可能产生氢压微裂纹 类似于钢中白点). 类似于钢中白点 采用低氢焊条,焊前焊条和工件烘烤, 采用低氢焊条,焊前焊条和工件烘烤,焊后工件缓冷等 措施就可避免焊接冷裂纹. 措施就可避免焊接冷裂纹.
4,氢致开裂新机理 , 基本思想: 基本思想: (1)氢促进位错发射和运动,即促进局部塑性 )氢促进位错发射和运动, 变形 (2)氢降低了原子键合力 th(H) )氢降低了原子键合力σ (3)原子氢进入微裂纹复合成 2,产生氢压 )原子氢进入微裂纹复合成H 问题:如何定量化 问题:如何定量化?
本章结束! 本章结束!
(2) H2S诱发裂纹 诱发裂纹 碳钢或低合金管线钢在H 溶液中浸泡时 溶液中浸泡时, 碳钢或低合金管线钢在 2S溶液中浸泡时,即使不存在 外应力,试样内部也会产生微裂纹,裂纹呈台阶状. 外应力,试样内部也会产生微裂纹,裂纹呈台阶状.如裂纹 处在试样表面附近,则容易在表面引起鼓泡. 处在试样表面附近,则容易在表面引起鼓泡. H2S在钢的界面上反应生成 ,它进入试样后富集在夹 在钢的界面上反应生成H, 在钢的界面上反应生成 杂物周围,复合成 产生氢压, 杂物周围,复合成H2,产生氢压,当分子氢压大于临界值时 就会产生裂纹. 就会产生裂纹.
检测氢脆的方法
一般如何测试氢脆?为了研究或防止氢脆,需要对金属的氢脆情况进行测试,以获取相关信息。
测试氢脆的方法有好几种,常用的有往复弯曲试验和延迟破坏试验。
(1)往复弯曲试验往复弯曲试验对低脆性材料比较灵敏,可以用来对不同基体材料在经过相同的电镀工艺处理后的氢脆程度进行比较,也可以对相同的基体材料上的不同电镀工艺的氢脆程度进行比较。
这种试验的方法是取一个待测试片,其尺寸规格为:150mm×l3mm×l. 5mm,表面粗糙度Ra=1.6。
对试片进行热处理使之达到规定的硬度,然后用往复弯曲机让试片在一定直径的轴上以一定的速度进行缓慢的弯曲试验,直至试片断裂。
弯曲方式有90。
往复弯曲和l80。
单面弯曲两种,以前一种方式应用较多,弯曲的速度是0.6./s。
如果是单面弯曲则所取的速度则为0.13。
/s。
评价的方法是将弯曲试验至断裂时的次数乘以角度,以获得弯曲角度的总和,其角度总值越大,氢脆越小。
测试时要注意以下几点。
①试片在进行热处理后如果有变形,应静压校平,不可以敲打校正,否则会使试片的内应力增加,影响试验结果。
②为了防止应力影响,电镀前应进行去应力,在电镀后则要进行除氢处理,这时检测的是残余氢脆的影响。
③弯曲试验时所用的轴的直径的选用很重要,因为评价这种试验结果的量化指标与轴径有关,对于小的轴径,则弯曲至断裂的次数就会少一些,具体选用什么轴径要通过对基体材料的空白试验来确定,并且在提供数据时要指明所用的轴径,否则参数没有可比性。
(2)延迟破坏试验延迟破坏试验是一种灵敏度较高的试验方法,适合用于高强度钢制品的氢脆检测。
这种氢脆测试也是在试验机上进行的,所用的试验机为持久强度试验机或蠕变试验机,检测试样在这种试验机上受到小于破坏程度的应力的作用,观测其直到断裂时的时间。
如果到规定的时间尚没有发生断裂,即为合格。
这种试验需要采用按一定要求制作的标准的测试验棒。
并且每次要使用三支同样条件的试样平行做试验,以使结果更为可信。
氢脆的机理、检测与防护
氢脆的机理、检测与防护The mechanism of hydrogen embrittlement, detection andprotection材科0803 刘笑语摘要:本文介绍了氢脆的基本概念,氢脆现象的机理以及避免和消除氢脆的措施和其中应该注意的问题。
同时本文还介绍了氢脆和应力腐蚀的区别。
关键词:氢脆 机理 检测 防护措施1.前言氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。
氢脆只可防,不可治。
氢脆一经产生,就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
2.氢脆的类型及特征2.1 氢在金属中的存在形式氢脆断裂(氢脆):由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。
1、氢的来源可分为内含的和外来的两种。
前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程(如焊接、酸洗、电镀等)中吸收的氢;后者是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
2、氢在金属中的存在形式①以间隙原子状态固溶在金属中,对大多数工业合金,氢的溶解度随温度的降低而降低。
②氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷(如空洞、气泡、裂纹)处,以氢分子状态存在。
③还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成氢化物。
④与金属中的第二相作用生成气体产物,如钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷等。
2.2 氢脆类型及其特征1、氢蚀是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体,使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
如碳钢在300~500℃的高压氢气氛中工作时,由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气泡,当气泡在晶界上达到一定密度后,金属的塑性将大幅降低。
这种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相接触的部位。
氢脆失效危害巨大,它是如何发生的,生产过程中如何预防?
氢脆失效危害巨大,它是如何发生的,生产过程中如何预防?一、氢脆的概念及机理氢脆是工程失效分析中经常提到的一个术语。
顾名思义,它是由氢引起的金属材料的脆化。
其机理是氢原子沿晶界进驻晶界并向内扩散并聚集,并在应力作用下最终导致沿晶界开裂,从而导致金属材料最终产生脆性断裂。
与氢脆相关联的另一种失效模式是应力腐蚀。
氢脆机理非常复杂,氢脆断裂现象多种多样。
国内外氢脆理论有很多种,如位错钉扎理论、晶界聚集理论、氢气泡理论、脆性相理论等。
迄今为止,还没有统一的理论能够解释所有的氢脆现象。
但从理论上讲,氢不仅能使金属材料变脆,也能使金属材料变韧,即氢能致软化也能硬化。
在失效分析中,特别是在断裂分析中,裂纹并不总是以脆性的形式出现,而是也会以韧窝断裂的形式出现。
二、氢的来源及其在金属中的存在形态金属材料中氢的来源一般有两种。
一种是内氢,也就是材料内部含有的氢,其来源有:1.金属材料在冶炼、焊接或熔铸的时候导致内部残留的氢;2.金属材料在化学及电化学处理过程中,如电镀、酸洗时,进入金属内部的氢。
另一种是环境氢,即外来的氢。
零件或构件处于含氢的环境中工作,简称“临氢”。
金属材料在含氢的高温气氛中加热时,进入金属内部的氢。
氢在金属中的存在形态有如下几种:溶解氢:以间隙原子状态固溶于金属中的氢[H];化合氢:形成各种氢化物;TiH、NiH、VH、ZrH、NbH等分子氢:气态H2存在于金属内部的气孔、裂缝中;氢还可以与各种合金元素溶质原子、晶体缺陷、各种化合物相发生程度不同的结合。
如与位错结合成为Cottrell气团。
三、氢脆的种类及其特征1. 氢蚀(氢+第二相→高压气体)发生氢鼓泡的温度较高,在205-595℃。
例如碳钢在300-500℃的高压氢气氛中工作,氢与钢中的碳结合生成CH4而断裂。
反应公式:H+C=H4C。
宏观断口形貌呈氧化色,颗粒状;微观断口晶界明显加宽,呈沿晶断裂。
2. 白点(发裂)通常发生于大型钢锻件中。
应力腐蚀和氢脆
在纵向断面上,裂纹呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点, 故称白点;在横断面宏观磨片上,腐蚀后则呈现为毛细裂 纹,故又称发裂。
10CrNiMoV钢锻材调质后纵断面上的白点形貌
如炼油过程中的一些加氢反应装置;石油化工生产
过程中的甲醇合成塔等。
二、氢的来源
按照氢的来源可将氢脆分为内部氢脆和环境氢脆。
⑴内部氢脆:材料在使用前内部已含有足够的氢
并导致了脆性,它可以是材料在冶炼、热加工、 热处理、焊接、电镀、酸洗等制造过程中产生。
严格控制电镀工艺,镀后还要通过 对电镀件长时间的烘烤,使游离状 的氢得以释放,减轻对镀件产品的 影响。
M——裂纹截面上的弯矩, M=F·。 L B——试样厚度。 W—— 试样宽度。 a—— 裂纹长度。
1/ 2
4.12M KI 3/ 2 BW
1 3 a a3
能力知识点3 提高应力腐蚀抗力的措施
降低和消除应力
在加工(如热处理、焊接、电镀等)和装配过程中, 应尽量避免产生残余拉应力,或者在加工中采取 必要的消除应力措施。 制备和装配时尽量使结构具有最小的应力集中系 数,并使其与介质接触部分具有最小的残余拉应 力。
三、氢脆的类型和特点
氢可通过不同的机制使金属脆化,因氢脆的种类 很多,现将常见的几种氢脆现象从其特征简介如 下。
1.氢蚀
这是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体,使基体 金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。 如在石油高压加氢及液化石油气的设备中,在300~ 500℃时,由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气 泡,当气泡在晶界上达到一定密度后,金属的塑性将大幅 度降低。 这种氢脆现象的断裂源产生在工件与高温、高压氢气相接 触的部位。 宏观断口形貌:呈氧化色,颗粒状;微观:晶界明显加宽, 呈沿晶断裂。
氢脆温度范围
氢脆温度范围氢脆温度范围是指金属在一定温度下易发生氢脆现象的温度范围。
氢脆是一种金属材料在吸收了氢气后,其力学性能和耐蚀性能急剧下降的现象。
它是由于氢在金属中的存在导致金属晶格发生变化,从而造成金属脆性增加的结果。
氢脆温度范围是不同金属材料在不同条件下的温度范围。
不同金属的氢脆温度范围也不尽相同。
一般来说,随着温度的升高,金属的氢脆性逐渐减弱。
但是,不同金属材料的氢脆温度范围在不同的温度范围内表现出不同的规律。
在低温下,氢脆现象更容易发生。
这是因为低温下金属的晶格结构更加紧密,氢原子更容易进入金属晶格中,并改变金属的晶格结构。
在低温下,氢原子在金属中的扩散速率较慢,导致氢原子在金属晶格中的聚集程度较高,从而使金属的脆性增加。
在高温下,金属的晶格结构更加松散,氢原子在金属中的扩散速率更快。
因此,在高温下,氢原子更容易从金属晶格中扩散出来,降低了金属的氢脆性。
不同金属材料的氢脆温度范围也与其化学成分、晶格结构、冷处理工艺等因素有关。
一般来说,高强度的合金材料和冷加工过的金属更容易发生氢脆现象。
为了防止金属材料在使用过程中发生氢脆现象,可以采取以下措施:1. 控制氢气的含量:减少金属与含氢介质的接触,降低氢气的浓度,可以减少氢原子进入金属晶格的机会。
2. 选择抗氢脆性好的材料:在设计和选择金属材料时,应考虑金属的抗氢脆性能,选择具有较好抗氢脆性能的材料。
3. 适当的热处理工艺:通过适当的热处理工艺,可以改善金属的晶格结构,减少氢原子在金属中的扩散速率,降低金属的氢脆性。
4. 加强材料表面的保护:通过表面涂层、电镀等方式,可以减少金属与含氢介质的接触,减少氢原子进入金属晶格的机会。
氢脆温度范围是金属材料在一定条件下易发生氢脆现象的温度范围。
了解和掌握金属材料的氢脆温度范围对于设计和选择金属材料以及预防氢脆现象具有重要意义。
通过采取合适的措施,可以有效地降低金属材料的氢脆性,提高金属材料的使用寿命和安全性。
10氢脆的原理是什么
十、氢脆的原理是什么?氢脆是一种氢元素进入金属基体,导致材料的力学性能降低从而在未达到许用条件情况下即发生失效断裂的现象。
氢脆常表现为冲击韧性降低和应力作用下金属材料的延迟断裂,往往因其不可预测性从而造成安全问题和经济损失。
金属材料中的氢来源分为内源氢和外源氢。
内源氢主要来源于金属冶炼过程,在冶炼过程中进入的水在高温状况下分解以及废钢表面附着的铁锈,都可引入内源氢。
外源氢一般来源于H、HS等气体与金属交互作用中产生的氢原子,由于氢原子尺寸很小,当其吸附在大多数金属表面时,在浓度差的驱动力下会扩散进金属基体。
氢原子渗人材料内部品格中,可在金属内部扩散,并聚集于金属内部的空穴、位错、第二相粒子和夹杂物等缺陷周围。
金属内部的氢可在一些缺陷处重新结合成H分子,并在金属内部形成强大的氢气压,造成金属内部裂纹的形成。
另外,氢也会聚集在裂纹尖端的塑性区,使裂纹扩展的阻力大大降低。
一般来说,钢强度越高,位错、空穴、第二相等缺陷数量就越多,越容易受到氢脆的响。
氢脆发生的机理主要包括高压氢气理论、晶格脆性理论、位钱理论等多种理论。
氢脆可能会导致一些突发性的事故,造成经济财产损失,危及生命安全,是氢能产业实现安全生产重要的隐患之一。
在氢能产业中,储氢容器、输氢管道、氢压缩机、接触氢气的管件等均可能产生氢脆现象,从而造成危险。
尤其是高压钢制容器、高压长输管道及相关管件一般选择高强度钢,而钢强度越高,越容易发生氢脆风险,对容器和管道的寿命影响越大。
氢脆只能预防,氢一旦进入金属材料内部,造成材料的性能损伤不可避免。
避免氢脆发生的一种办法是采用不易发生氢脆的材料,比如采用塑料作为储氢容器内胆,采用不易产生氢脆的低强度钢材作为低压输氢管道的材料。
采用阻氢涂层或者进行材料组织改良也是防止氢脆的技术手段。
核工业中,已通过阻氢涂层作为氢扩散进基体的屏障,来防止零件因氢脆失效。
在石油行业里,一般通过热处理等工艺制备X系列管线钢等氢脆敏感低的钢材。
第六章-氢脆
当金属中存在固溶的氢时,氢原子能使原子的键合力下降,这样金属发 生断裂所需要的外力下降,则局部应力集中所需的临界应力从没有氢脆时的 σc下降到σcH,或应力强度因子KIC从下降到KIH 。
第6章 氢脆
6.2 氢脆的机理
第6章 氢脆
6.1 氢脆现象与分类
6.1.5 氢的来源
1)冶金过程
在冶炼过程中,原料中所含的水分及炉气 中水分在高温下分解,分解的氢进入液态金属。
在冷却过程中,这些氢不能及时排出来, 在金属中聚集并结合,变成氢气泡残留在金属 及合金中。
如果将试样拉断,通常在断口上观察到如鱼目状的一种白色圆形斑点。 俗称“白点”,直径约为0.5-3mm,白点中心含有微细气孔或杂质物,对塑 性韧性有较大影响。 降低冶炼过程中的氢量是防止白点的有效措施。采用低氢冶炼工艺或炉
第6章 氢脆
6.2 氢脆的机理
6.2.4 晶格弱化机制
3)解释现象
按照氢脆的定义,它是氢进入材料内部而引起材料的塑性下降的现
象。对一些氢脆过程,如果金属的断裂应力或断裂的临界应力强度因子 下降,均可用晶格弱化机制。如高韧性钢在预充氢后进行缓慢的拉伸, 或在含氢溶液中的缓慢拉伸,后者通常称为动态充氢,是缓慢增长的应 力和充氢同时作用。
由降低到σcH ,或应力强度因子KIC从下降到KIH
cH
[
2E H (1 2
)a
]1/
2
KIH
[
2E H (1 2
)
]1/
2
6.2 氢脆的机理
6.2.3 吸附机制
第6章 氢脆
对金属材料来说,断裂时裂纹尖端存在塑性变形,断裂吸收塑性变形
6-2氢脆
1、氢的来源 内含的(冶炼和加工中带入的氢);
外来的(工作中,吸H)。 2、氢的存在形式 间隙原子状,固溶在金属中[H]; 分子状(H2),气泡中; CH 化学物(氢化物)。 4 TiHx、 NaH
二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀(或称气蚀) 氢与金属作用生成高压气体(如CH4),使晶界 结合力减弱而导致的氢脆断裂。 C(Fe)+4H→CH4
实验识别的方法当施加一小的阳极电流如使开裂加速为应力腐蚀在强度较低的材料中断裂源不在表面而在表面以下的某一深处主裂纹没有分枝情况断口没有腐蚀产物或者其量极微其它对温度和形变速率有强烈的依赖断口识别的方法五防止氢脆的措施1环境因素2力学因素阻止或减少氢进入材料a
第二节 氢脆
由于氢和应力的共同作用,而导致金属材料产生脆性断裂的 现象,称为氢脆断裂(简称氢脆) 一、氢在金属中的来源和存在的形式
五、防止氢脆的措施
1)环境因素阻止或减少氢进入材料 a.表面涂层处理
b.加入抑制剂 2)力学因素 减小或消除残余拉应力 设计时安全选材 3)材料因素 成分: 降低含氢量 C、Mn、S、P ↑氢脆 Ca、RE ↓氢脆
组织: 细化晶粒↓氢脆
氢脆敏感性↑ 粒状P 片状P 下B或回火M M
性能: 高强度钢(700MPa)的氢脆性大 冷变形的氢脆性大
Fe3C →3Fe+C
温度、压力
C+2H2→CH4
宏观断口:氧化色,颗粒状 微观断口:沿晶断裂 各种钢材料在气相氢环境中 的使用界限
2、白点(发裂) 氢的溶解度↓, 形成气泡,体积↑, 将金属的局部胀裂。 宏观:断面呈圆形或椭圆形,颜色为银白色。0.1——2.5mm 精炼除气,加入稀土或其微量元素,锻后缓冷. 3、氢化物致脆 形成氢化物 氢化物很硬、脆,与基体结合不牢。
氢脆介绍基础知识
氢脆介绍基础知识一:什么是氢脆?压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折;氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中;也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
腐蚀特别严重的容器,宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。
介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆,主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。
温度越高、氢分压越突,碳钢的氢脆层就越深,发生氢脆破裂的时间也越短,其中温度尤其是重要因素。
钢的含碳量越高,在相同的温度和压力条件下,氢脆的倾向越严重。
钢中添有铬、钛、钒等元素,可以阻止氢脆的产生。
hydrogen embrittlement氢能进人许多金属,典型的如铂、钯以及储氢合金等,也能进入钢铁。
当金属铁上阴极出氢时,氢离子或水分子放电后成为吸附在铁表面的氢原子,两个吸附氢原子可以复合成氢分子而逸出,但也可以越过铁的表面,并扩散进入金属的晶格。
它会在缺陷处富集,同样复合成氢分子,并逐步增大压强,在钢铁结构内部造成裂缝,降低其强度,甚至破裂。
这就是钢铁的“氢脆”,在电镀过程中以及对于输送含有硫化氢的油、气管道最为常见。
在介质中加入适当的缓蚀剂是有效的防护方法。
——摘自《化学辞典》(2004年4月,化学工业出版社)Hydrogen embrittlement氢进入金属内部,使金属中存在氢或氢与金属生成氢化物而导致金属脆化。
氢脆现象发生的条件
氢脆现象发生的条件氢脆是一种金属材料在受到应力作用和存在氢气的环境中发生的一种特殊断裂现象,通常会导致金属材料的脆性断裂,严重影响材料的性能和使用寿命。
氢脆现象的发生条件涉及多方面因素,包括材料本身的性质、应力水平、氢气浓度、温度、环境等方面。
在实际工程中,只有全面了解氢脆的发生条件,才能够有效地预防和控制氢脆的发生,确保金属材料的安全可靠使用。
本文将对氢脆现象发生的条件进行详细探讨,以便更好地加强对氢脆现象的认识和防范措施的制定。
1.材料属性氢脆现象的发生与金属材料的化学成分和微观组织密切相关,一般来说,富含碳、锰、硼等元素的钢材容易发生氢脆。
此外,织构较细的金属材料也更容易受到氢脆的影响。
因此,在选择材料时,需要考虑材料的成分和组织结构,避免选择容易发生氢脆的材料。
2.应力水平氢脆的发生与应力水平有着密切的关系。
当金属材料受到一定程度的应力作用时,容易导致氢原子在晶格中集中聚集,形成氢脆的倾向。
尤其是在高应力环境下,氢脆现象更容易发生。
因此,要尽量避免金属材料受到过大的应力,特别是在容易产氢的工作环境中。
3.氢气浓度氢气浓度是导致氢脆的关键因素之一。
一般来说,当金属材料表面存在大量氢气时,氢脆现象更容易发生。
因此,需要尽量控制材料表面的氢气含量,减少金属材料在潮湿环境下的暴露时间,以避免氢脆的发生。
4.温度金属材料在一定温度范围内更容易受到氢脆的影响。
一般来说,当金属材料处于低温环境下时,氢原子在晶格中的扩散速度减慢,氢脆的倾向更加明显。
因此,在低温环境下需要格外注意氢脆现象的防范和控制。
5.环境金属材料所处的环境也会影响氢脆的发生。
特别是在含有水蒸气、酸性物质等化学物质的环境中,金属材料更容易发生氢脆现象。
因此,在使用金属材料时,需要充分了解所处环境的化学成分,避免金属材料与容易产生氢气的物质接触,从而减少氢脆的风险。
总之,氢脆的发生条件涉及材料属性、应力水平、氢气浓度、温度和环境等方面。
氢脆现象解释
氢脆现象解释
氢脆现象是指在高强度金属中,如钢和铁合金中,当金属在加工过程中或在使用过程中接触到氢气时,会出现脆性破裂现象。
氢脆的主要解释有三个方面:
1. 氢渗透:氢气在金属中运动并渗透进入金属晶粒中,会导致晶粒边界处的氢浓度升高。
当氢浓度超过金属破裂强度的临界值时,氢在晶粒内部形成气泡,增加了晶体的内部应力和负面应力。
这使得金属变得脆弱,容易发生脆性断裂。
2. 氢吸收:金属表面与氢气发生反应,形成金属与氢的化合物,这种化合物可被金属晶界吸收。
当晶界吸收了大量氢时,会导致晶界的强度减弱,从而引发氢脆现象。
3. 奥氏体转变:某些钢和铁合金的冷加工或焊接过程中会发生奥氏体亚晶的形成。
在奥氏体亚晶中,氢原子可以通过间隙位错或溶质排斥的机制嵌入金属晶体中,从而导致亚晶区域的氢浓度升高。
当氢浓度超过亚晶区的承受能力时,亚晶很容易发生断裂。
为了减少氢脆现象,可以采取以下措施:
1. 预处理:在金属加工或焊接之前,可以对金属进行退火或热处理,以减少在金属中的氢含量。
2. 控制加工条件:在金属加工过程中,控制加工速度、温度和
应变速率,以减少金属中的氢渗透和吸收。
3. 添加抑制剂:在金属中添加特定的元素,如钼、钛、铝等,可以减少氢对金属的吸收和渗透。
4. 使用防脆剂:在金属表面形成一层防脆剂涂层,可以减少金属与氢气的接触,从而减少氢脆现象的发生。
总之,氢脆现象是金属与氢气相互作用的结果,通过控制氢含量和加工条件,以及采取防护措施,可以减少或避免氢脆现象的发生。
氢氢脆理论分析
HIC 的类型1、 氢气压力引起的开裂溶解在材料中的H 在某些缺陷部位析出气态氢H 2(或与氢有关的其它气体),当H 2的压力大于材料的屈服强度时产生局部塑性变形,当H 2的压力大于原子间结合力时就会产生局部开裂。
某些钢材在表面酸洗后能看到象头发丝一样的裂纹,在断口上则观察到银白色椭圆形斑点,称为白点。
白点的形成是氢气压力造成的。
钢的化学成分和组织结构对白点形成有很大影响,奥氏体钢对白点不敏感;合金结构钢和合金工具钢中容易形成白点。
钢中存在内应力时会加剧白点倾向。
焊接件冷却后有时也能观察到氢致裂纹。
焊接是局部冶炼过程,潮湿的焊条及大气中的水分会促进氢进入焊接熔池,随后冷却时可能在焊肉中析出气态氢,导致微裂纹。
焊接前烘烤焊条就是为了防止氢致裂纹。
2、氢化物脆化许多金属(如Ti 、Zr 、Hf 、V 、Nb 、Ta 、稀土等)能够形成稳定的氢化物。
氢化物属于一种脆性相,金属中析出较多的氢化物会导致韧性降低,引起脆化。
3、氢致滞后断裂材料受到载荷作用时,原子氢H 向拉应力高的部位扩散形成H 富集区。
当H 的富集达到临界值时就引起氢致裂纹形核和扩展,导致断裂。
由于H 的扩散需要一定的时间,加载 后要经过一定的时间才断裂,所以称为氢致滞后断裂。
氢致滞后断裂的外应力低于正常的抗拉强度,裂纹试件中外加应力场强度因子也小于断裂韧度。
氢致滞后断裂是可逆的,除去材料中的氢就不会发生滞后断裂。
即使在均匀的单向外加应力下,材料中的夹杂和第二相等结构不均匀处也会产生应力集中,导致氢的富集。
设应力集中系数为α,则σh =ασ,应力集中处的氢浓度为:式中,C H -合金中的平均氢浓度;V H -氢在该合金中的偏摩尔体积(恒温、恒压下加入 1 摩尔氢所引起的金属体积的变化)。
若氢的浓度达到临界值C th 时断裂,对应的外应力即为氢致滞后断裂的门槛应力σth ,即:•若σ裂;• 若σ>σth ,经过时间 t f 后,发生断裂,且应力越大,滞后断裂时间越短。
螺栓氢脆断口特征
螺栓氢脆断口特征
一、前言
螺栓氢脆断口是指在使用过程中由于螺栓材料中存在过量的氢元素,导致螺栓出现断裂现象。
这种现象被称为氢脆断口。
本文将从特征、原因和防范措施三个方面详细介绍螺栓氢脆断口的相关知识。
二、特征
1. 断口呈现明显的韧窝状,表明该断裂发生在塑性变形区域;
2. 断口表面光洁,没有明显的晶粒状结构;
3. 断口处有时会出现黑色或紫色的斑点,这是氢化物沉淀所致;
4. 断口处存在细小的孔洞和裂纹,表明氢元素影响了金属材料的强度和韧性。
三、原因
1. 腐蚀:当螺栓材料受到水分或其他化学物质的侵蚀时,可能会导致氢元素进入金属晶格中;
2. 加工:在制造过程中,如电镀、焊接等加工过程中可能会产生大量氢元素;
3. 介质:在某些介质中,如酸性环境、高温、高压等条件下,螺栓材料可能会吸收氢元素;
4. 存储:长期存放在潮湿环境中的螺栓可能会因为吸收了大量水分而导致氢脆。
四、防范措施
1. 选择合适的材料:选择低含氢量的材料可以有效降低氢脆断口的发生率;
2. 加工过程中注意控制氢元素含量:在加工过程中,应该注意控制加工温度和时间,避免产生过多的氢元素;
3. 防止腐蚀:使用防腐涂层或选择抗腐蚀性能好的材料可以有效降低氢脆断口的发生率;
4. 储存注意事项:避免将螺栓存放在潮湿环境中,可以采用密封包装或其他方式保持干燥。
五、结论
总之,对于机械设备来说,螺栓作为连接件起到了至关重要的作用。
因此,在使用过程中应该格外注意防范氢脆断口的发生。
只有通过选材、加工、防腐等一系列措施,才能有效降低氢脆断口的发生率,保障设备的安全运行。
氢脆 条件调查-朴
▣. 产品式样别 氢脆 处理方案 及 客户要求事项
▣ GM DAEWOO 3价电镀 氢脆 条件表
对应产品
- 强度等级 10. 9的 BOLT 及 螺丝 - 强度等级 12. 9的 BOLT 及 螺丝 - 含 硬度 400∼500 Hv的 弹簧 washer的 组装品 - 含 硬度 500∼600 Hv的 弹簧 washer的 组装品 - 表面硬化过的螺丝 (攻牙螺丝) - 压槽 成形 螺丝
■ 被氢脆化的钢,碰到任何超限度的强力,就会发生氢气均裂。 这样的界限,会随着氢含量的增加 而低下。有时 必要的应力产生于氢气本身,无关外力地发生裂变。 原子氢气 产生于 金属本身的腐蚀 或 与 更 卑的 金属的接触。 还有,氢气通过 酸洗、cathode cleaning、电镀 等的工业工艺 融到金属中。
(普通的脱脂液是使用碱性的,但热处理产品是使用酸性脱脂液的。)
Pyeong Hwa Automotive Co., Ltd.
▣. 氢脆的防治方案
1] 氢脆的防治方案
工程 中 防范对策
1) 省去酸洗工序 或是 尽量在稀薄的酸里,做短时间处理. 2) 酸洗后,放到加温过的 碱溶液(脱脂液)中,脱去氢气. 3) 인히비터를 사용한다. 4) 尽量避免材料生锈. 5) 剥离的产品要做烘烤处理 或 放到加温过的 碱溶液中,脱去氢气后再电镀.
Ø 去除 油分 Ø 去除 异物
水油 分离机
Ø SM 脱脂剂:100㎖/ℓ Ø 가성苏打 : 50g/ℓ Ø 温度 : 40~60℃ Ø 处理时间: 10~15分 Ø 更换周期 : 1次/月
酸洗
Ø 锈, scale 解除 Ø 去除 附着生成物
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氢脆现象1、氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹。
又称白氢脆现象点。
2 内氢脆在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
3.热处理适合氢脆。
热处理的方法是将工件加热至某一温度,保温一段时间,缓冷,使氢随溶解度逐渐变小,逐渐析出。
加热会破坏镀层。
4.如何防治。
主要是将酸洗控制好。
首先,尽量缩短酸洗时间;其次加缓蚀剂,减少产氢量。
压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。
高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生氢脆现象元素很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折;氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原。
造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。
或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中;也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。
钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。
它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。
腐蚀特别严重的容器,宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。
介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆,主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。
温度越高、氢分压越突,碳钢的氢脆层就越深,发生氢脆破裂的时间也越短,其中温度尤其是重要因素。
钢的含碳量越高,在相同的温度和压力条件下,氢脆的倾向越严重。
钢中添有铬、钛、钒等元素,可以阻止氢脆的产生。
出现氢脆的工件通过除氢处理(如加热等)也能消除氢脆,采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。
如电镀件的去氢都在200~240度的温度下,加热2~4小时可将绝大部分氢去除。
氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀,但当温度超过300℃和压力高于30MPa时,会产生氢脆这种腐蚀缺陷,尤其是在高温条件下。
如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔;炼油过程中的一些加氢反应装置;石油化工生产过程中的甲醇合成塔等。
氢脆的控制高强度的杀手——氢脆氢脆的控制在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,以使氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%~50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。
2 氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。
氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。
氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。
因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。
镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。
经过一段时间后,氢扩防氢脆现象用品散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。
常温下氢的扩散速度相当缓慢,所以需要即时加热去氢。
温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不破坏镀层本身的性能。
二、避免和消除的措施1减少金属中渗氢的数量在除锈和氧化皮时,尽量采用吹砂除锈,若采用酸洗,需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂;在除油时,采用化学除油、清洗剂或溶剂除油,渗氢量较少,若采用电化学除油,先阴极后阳极;在电镀时,碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。
2采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层一般认为,在电镀Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb时,渗入钢件的氢容易残留下来,而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。
在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂层,如达克罗涂覆层可以代替镀锌,不会发生氢脆,耐蚀性提高7~10倍,附着力好,膜厚6~8μm,相当于较薄的镀锌层,不影响装配。
3镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大,镀前应进行回火处理,减少发生严重渗氢的隐患。
对电镀过程中渗氢较多的零件原则上应尽快去氢,因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量防氢脆现象产品随时间的延长而增加。
新的国际标准草案规定“最好在镀后1h内,但不迟于3h,进行去氢处理”。
国内也有相应的标准,对电镀锌前、后的去氢处理作了规定。
电镀后去氢处理工艺广泛采用加热烘烤,常用的烘烤温度为150~300°C,保温2~24h。
具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。
去氢处理常在烘箱内进行。
镀锌零件的去氢处理温度为110~220°C,温度控制的高低应根椐基体材料而定。
对于弹性材料、0.5mm以下的薄壁件及机械强度要求较高的钢铁零件,镀锌后必须进行去氢处理。
为了防止“镉脆”,镀镉零件的去氢处理温度不能太高,通常为180~200°C。
三、应注意的问题材料强度越大,其氢脆敏感性也越大,这是表面处理技术人员在编制电镀工艺规范时必须明确的基本概念。
国际标准要求抗拉强度σb>105kg/mm2的钢材,要进行相应的镀前去应力和镀后去氢处理。
法国航空工业对屈服强度σs>90kg/mm2的钢件就要求作相应去氢处理。
由于钢材强度与硬度有很好的对应关系,因此,用材料硬度来判断材料氢脆敏感比用强度来判断更为直观、方便。
因为一份完善的产品图和机加工工艺都应标注钢材硬度。
在电镀中我们发现钢的硬度在HRC38左右时开始呈现氢脆断裂的危险。
对高于HRC43的零件,镀后应考虑去氢处理。
硬度为HRC60左右时,在表面处理之后必须立即进行去氢处理,否则在几小时之内钢件会开裂。
除了钢材硬度外,还应综合考虑以下几点:(1)零件的使用安全系数:安全重要性大的零件,应加强去氢;(2)零件的几何形状:带有容易产生应力集中的缺口,小R等的零件应加强去氢;(3)零件的截面积:细小的弹簧钢丝、较薄的片簧极易被氢饱和,应加强去氢;(4)零件的渗氢程度:在表面处理中产生氢多、处理时间长的零件,应加强去氢;(5)镀层种类:如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散,所以要加强去氢;(6)零件使用中的受力性质:当零件受到高的张应力时应加强去氢,只受压应力时不会产生氢脆;(7)零件的表面加工状态:对冷弯、拉伸、冷扎弯形、淬火、焊接等内部残留应力大的零件,不仅镀后要加强去氢,而且镀前要去应力;(8)零件的历史情况:对过去生产中发生过氢脆的零件应特别加以注意,并作好相关记录。
弹性紧固件电镀锌氢脆分析及预防为有效地提高弹性紧固件(弹簧垫圈、锥形垫圈、鞍形垫圈、波形垫圈等)抗蚀防护性能和装饰性,多半要进行表面处理,如发黑、磷化、电镀锌等处理。
其中电解镀锌及钝化处理应用更为广泛。
加上弹性紧固件的硬度一般在42-50HRc之间,由于材料及表面处理的原因,它对氢比较敏感,在电镀后,除氢处防氢脆现象处理过的产品理未达到驱氢目的,其残存的氢会造成弹性紧固件的延迟断裂。
目前,由延迟断裂氢脆引发的弹性紧固件断裂自然是一个严重的产品质量问题,人们可以采取各种技术来减少和预防弹性紧固件的氢脆问题。
1、材料缺陷的影响弹性紧固件材料表面缺陷对电镀锌的有害影响是不容忽视的,比如钢板表面轻微裂纹折叠、斑痕蚀坑夹杂和超过允许深度的脱碳层,都会对弹性紧固件镀锌产生十分有害的影响,压弯成型不当造成表面插划伤,局部应力集中等都会有不良影响。
2、热处理工艺的影响热处理工艺对弹性紧固件电镀锌后的氢脆是有较大影响的,若硬度≥45HRc时,均会诱发或导致弹性紧固件断裂。
在确保热处理技术参数的前提下,选择适宜的加热温度,合理的加热时间,充分予以回火。
以最大限度地消除组织应力和热应力,避免其有害影响。
淬火加热时应严防氧化和脱碳,网带炉碳势控制在0.60%-0.70%,盐浴炉必须认真脱氧捞渣,进行硬度检测时,严格注意表面层造成硬度虚假现象,使硬度測试值失真。
一般应控制在42-44HRc为佳,不要超过45HR c。
3、电镀过程的影响弹性紧固件由于氢的侵袭往往发生氢脆断裂,造成重大损失。
析氢渗氢在整个电解镀锌中是不可避免的,析出的氢能够渗入镀锌层,甚至渗入基体金属内。
锌的吸氢大约在0.001% -0.100%,而铁碳合金吸氢在0.1%左右。
氢在金属内使晶格扭曲,产生很大的内应力,致使其机械性能降低,析氢不仅对镀层性能产生不利影响,如产生针孔、麻点、气泡等缺陷,而且会渗透至基体金属中,使金属韧性大大降低,导致零件脆断。
析氢的原因除在热处理外,较高的加热温度,氢很容易渗入零件应力集中的区域,酸洗和电镀都会发生析氢。
4、氢脆的预防(1)电镀锌前必须严格控制阴极电解除油。
对弹性紧固件(尤其是厚度≤1mm),不宜采用阴极电解除油,而是采用阳极电解除油、化学除油或超声波除油,也可以选用金属清洗剂除油(效果较好)。
(2)对弹性紧固件不宜采用强酸腐蚀,而是采用喷砂或喷丸等处理方法达到净化、活化表面目的。
必须进行酸洗活化处理时,选用盐酸较硫酸为好。
注意掌握酸洗时间不宜过长(每次控制30-60s),以多次短时间比长时间酸洗效果好。