合金钢螺栓作为一种金属紧固的连接件,金属紧固螺栓的使用非常广泛,很多大型机械的连接件都会使用到金属紧固螺栓进行连接,就如:合金钢螺栓。这种紧固件螺栓使用过程中有一种常见的问题就是氢脆断裂,螺栓一点断裂会直接影响到机械的正常使用,对于生产机械来说,螺栓突然发生氢脆断裂会造成一些损失。中华标准件网根据进行分析,分享出以合金钢为列的紧固件螺栓氢脆断裂的具体因素以及预防措施。

合金钢螺栓断裂口形貌观察

断裂的合金钢螺栓示意图如图1所示,图1中箭头所指位置即为螺栓断裂的位置,可以看出断裂位置恰好处于螺帽和螺纹发生机械咬合的位置。

图1螺栓断裂位置示意图

图2为电镜下螺栓断面的截面形貌图,由图2可以看出断口截面和螺栓的轴线成90°,从断面形貌上没有观察到塑性变形的痕迹。从金属紧固螺栓的断口颜色上看断口主要呈现出银灰色,可观察到掺杂于银灰色断面之中的棕褐色氧化物存在。

图2断口截面图

如果金属紧固螺栓发生氢脆断裂,是不可修复的,只能更换新的,而且氢脆只可防,是不可治。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的负6次方量级)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。

合金钢螺栓氢脆断裂原因:

(1)外部环境引入氢。当金属紧固螺栓长期暴露于潮湿的服役环境中时会有部分氢渗入,或者在雨水较多的地区服役时金属紧固螺栓中由于氢脆导致断裂的比例更高。但考虑到本研究所述的金属紧固螺栓应用在我国北方,气候条件相对较为干燥,服役环境也很少有雨水进入,因此基本可以排除是由于外部环境导致氢脆断裂。

(2)酸洗时引入氢。合金钢金属紧固螺栓在其加工过程中需要经过酸洗和电镀的过程,这两个过程很容易引入氢原子。反复研究合金钢金金属紧固螺栓的酸洗过程可知,酸洗磷皂化和磷化的过程都有引入氢的可能性,特别是磷化工艺中,在磷酸的作用下,铁和Fe,C形成无数原电池,在阳极区工件表面形成磷化膜,在阴极区则放出大量的氢。因此,加工过程中的吸氢应该为断裂螺栓主要的氢来源。

(3)熔炼过程未完全去除氢。合金钢金属紧固螺栓在熔炼的过程中有一些氢原子存留是无法避免的问题,这和熔炼过程中的温度条件、环境条件以及熔炼过程控制都有较大的关联。如果金属紧固螺栓在其熔炼过程中确实有部分氢原子残留,这些残留的氢原子就会在氢脆的产生过程中对合金钢金属紧固螺栓的断裂过程起到促进作用。

合金钢螺栓断裂为氢致延迟型脆性断裂,是在应力和氢共同作用下导致的断裂。预防合金钢螺栓氢脆断裂需要依据氢脆断裂的机理综合考虑。根据所需抗拉强度的不同,选择适当的材料,选用合理的加工工艺(包括热处理工艺、电镀工艺和酸洗工艺),采取严格的预防措施。