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氢脆的产生环节及原因
1) 热处理
对于高强度螺纹紧固件,尤其是10.9级和12.9级螺栓,不但使用中碳合金结构钢,而且还要进行调质热处理。对于自攻螺钉、自攻自钻螺钉、自攻锁紧螺钉,都要求进行浅层渗碳(碳氮共渗)。
为了避免加热中螺纹氧化,脱碳,且得到光亮和光洁的表面,常采用保护气氛或渗碳气氛,气氛常采用高纯度甲醇经高温催化裂解:CH3OH→CO+2H2,炉内气氛成分H2(64%)、CO(32%)、CO2(<1%)、CH4(0.2%)、CH3OH(余量)。在淬火加热和渗碳(碳氮共渗)时,较高的加热温度下,氢很容易渗入工件应力集中的区域(螺栓头杆结合处)。渗入钢中的氢一般以原子状态存在,但为降低能量,总是与杂质原子、位错、空位,晶粒边界及滑移带等相互作用,并力图结合成氢分子。氢的这一行为对钢的氢脆破坏有重要影响。
2) 酸洗
汽车紧固件用户市场对紧固件表面的要求越来越高(即要求紧固件表面具有特殊的处理、防腐性和均一的起动扭矩)。表面处理除发黑外,通常是电镀、有机和无机物涂层或磷化,所有这些工艺有一个共同的前提,必须除去紧固件表面黑色氧化层,使金属具有光亮,为此就必须对紧固件进行酸洗。酸洗是把紧固件放在稀盐酸中搅动1~10min。酸洗是紧固件电镀过程中产生渗氢作用的主要环节,紧固件在酸洗时存在反应:HCl=FeCl2+H2↑。 在酸洗中钢所吸收的氢是随时间的平方根而成线性增长达到饱和值,在PH值较低的溶液中其饱和值较高,而PH值较高则饱和值较低。
3) 除油
在电镀除油过程中渗氢的环节主要存在于电镀除油中,由于阴极除油的速度较快,多数企业采取阴极和阴阳交替联合除油。但阴极除油过程会产生大量的氢原子,附着在紧固件表面,从而产生渗氢。
4)电镀
镀锌过程中,阴极上除了锌的沉积外还有氢的析出,因此,镀锌时同时会产生渗氢现象。但由于锌有阻止氢渗透作用,当紧固件表面沉积一薄层锌后,该镀层将阻碍氢原子向紧固件内部扩散。同理,若紧固件在镀锌前已有渗氢,镀锌后其内部的氢亦不易逸出。
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