Аналіз причин водневого окрихчення руйнування болтів із легованої сталі

Водневе окрихчення є типовим крихким руйнуванням високоміцної сталі. Вільні атоми водню, що проникають у сталеву матрицю, накопичуються на внутрішніх дефектах, межах зерен і в областях концентрації напруг, викликаючи різке збільшення локальних внутрішніх напруг. Коли зосереджене напруження, спричинене воднем, перевищує локальну межу міцності сталі, всередині матеріалу виникають необоротні мікротріщини. Після формування та експлуатації болта під впливом внутрішнього залишкового напруження та зовнішнього робочого напруження ці мікротріщини продовжують поширюватися та зрештою призводять до раптового крихкого руйнування.

Водневе окрихчення необоротне. Цьому можна запобігти лише за допомогою контролю процесу та робочих умов, а не усунути шляхом додаткової обробки. Таким чином, чітке розуміння факторів, що викликають руйнування водневої крихкості, має важливе значення, щоб принципово уникнути таких несправностей. Основні причини водневої крихкості болтів із легованої сталі включають проникнення водню під час травлення, залишковий водень під час плавлення, поглинання водню з робочого середовища та викликане воднем сповільнене крихке руйнування.

1. Проникнення водню під час процесів травлення

Процедури попередньої обробки, включаючи травлення, фосфатування, омилення та гальванічне покриття, є основними джерелами проникнення водню під час виробництва болтів. Серед цих процесів травлення та фосфатування представляють найбільш значне виділення водню та поведінку проникнення водню. Під час фосфатування кисле середовище утворює численні мікрогальванічні елементи між залізними та вуглецевими структурами в сталі. На поверхні заготовки на аноді утворюється щільна фосфатна плівка, тоді як на катоді відбуваються серйозні реакції виділення водню, що генерує велику кількість активних атомів водню.

Нещодавно згенеровані атоми водню мають малий об’єм і високу активність, що дозволяє їм легко проникати через поверхню сталі та залишатися всередині матриці. Проникнення водню під час виробництва є основною причиною руйнування водневої крихкості вболти з легованої сталі.

2. Неповне видалення водню під час плавки

Під час виплавки легованої сталі сліди водню вводяться сировиною, пічним газом і охолоджуючим середовищем. Обмежені температурою плавлення, середовищем печі, процесами дегазації та контролем процесу, атоми водню в розплавленій сталі не можуть бути повністю видалені, залишаючи певну кількість залишкового водню в сталевій матриці.

Залишковий водень знижує міцність зв'язку меж сталевих зерен і підвищує структурну крихкість. Під час подальшої термічної обробки, холодної висадки та робочого навантаження це прискорює зародження та поширення мікротріщин і значно підвищує ризик руйнування водневої крихкості.

3. Поглинання водню із зовнішніх службових середовищ

Коли болти довго працюють у вологому, дощовому або корозійному середовищі, на поверхні болта відбуваються електрохімічні реакції, викликані вологою та корозійним середовищем. Ці реакції постійно генерують активні атоми водню, які проникають у матрицю болта.

У дощовому середовищі з високою вологістю та сильним соляним туманом болти поглинають водень швидше з більшим накопиченням водню, що призводить до набагато більшої ймовірності руйнування водневої крихкості порівняно з сухими умовами роботи.

4. Відкладене крихке руйнування, спричинене воднем

Це форма руйнування серцевини водневої крихкості. Вільний залишковий водень всередині матриці болта безперервно накопичується в зонах концентрації напруги під спільною дією залишкового попереднього навантаження та змінного робочого навантаження. Збагачення воднем значно знижує в’язкість матеріалу до руйнування та сприяє повільному поширенню внутрішніх мікротріщин, що врешті-решт спричиняє уповільнене крихке руйнування без очевидних симптомів перед руйнуванням. Це типовий режим раптової відмови з низьким стресом.

Заходи запобігання водневому окрихченню

Водневе окрихченняболтив основному покладається на профілактику. У фактичному виробництві та застосуванні сировину з низькою чутливістю до водню слід вибирати відповідно до класів міцності болтів та умов експлуатації. Необхідно оптимізувати ключові процеси, такі як термічна обробка, травлення, фосфатування та гальванічне покриття, що супроводжується суворою обробкою дегідруванням і повним контролем якості процесу. Комплексні заходи профілактики, що охоплюють вибір сировини, виробництво, обробку поверхні, складання та експлуатацію, можуть ефективно усунути ризики водневої крихкості.