延遲斷裂原因分析及預(yù)防措施ppt課件

1、延遲斷裂(氫脆化緣由分析及預(yù)防措施氫脆景象氫脆原理裂紋形貌氫脆失效的根本緣由及共同特性為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施 氫脆通常表現(xiàn)為應(yīng)力作用下的延遲斷裂景象,在熱處置、清洗、磷化處置、電鍍、本身催化過程中，以及在服役環(huán)境中，由于陰極維護(hù)的反作用或腐蝕的反作用，氫離子都能夠進(jìn)入基體。在加工過程中，氫離子也能夠進(jìn)入，如輾制螺紋、機(jī)加工和鉆削中因不適當(dāng)?shù)墓饣鵁梗€有焊接工序，零件經(jīng)機(jī)械加工、磨削、冷鐓成型或冷拔后，尤其再進(jìn)展淬硬熱處置，那么極易受氫脆破壞。-氫脆的潛在傾向與產(chǎn)品外表處置及鋼材內(nèi)碳含量以及產(chǎn)品的硬度有關(guān),且成正比。當(dāng)產(chǎn)品脆性添加和外表處置電鍍電解化學(xué)反響是呵斥氫脆化的主要要素。2

2、 氫脆原理 延遲斷裂景象的產(chǎn)生是由于零件內(nèi)部的氫向應(yīng)力集中的部位分散聚集,應(yīng)力集中部位的金屬缺陷較多(原子點(diǎn)陣錯(cuò)位、空穴等)。氫分散到這些缺陷處,氫離子合成氫原子，氫原子合成氫分子,產(chǎn)生宏大的壓力,這個(gè)壓力與資料內(nèi)部的殘留應(yīng)力及資料所接受的外加應(yīng)力,組成一個(gè)合力,當(dāng)這合力超越資料的屈服強(qiáng)度,就會(huì)導(dǎo)致斷裂發(fā)生。氫脆化既然與氫的分散有關(guān),分散是需求時(shí)間的,分散的速度與氫濃度、溫度和資料的種類有關(guān)。因此,氫脆化通常表現(xiàn)為延遲斷裂。氫原子具有最小的原子半徑,容易在鋼、銅等金屬中分散,而在鎘、錫、鋅及其合金中氫的分散比較困難。2 氫脆原理 鍍鎘層是最難分散的,鍍鎘時(shí)產(chǎn)生的氫,最初停留在鍍層中和鍍層下的金

3、屬表層,很難向外分散,去氫特別困難。經(jīng)過一段時(shí)間后,氫分散到金屬內(nèi)部,特別是進(jìn)入金屬內(nèi)部缺陷處的氫,就很難分散出來。常溫下氫的分散速度相當(dāng)緩慢,所以需求即時(shí)加熱去氫。溫度升高,添加氫在鋼中的溶解度,過高的溫度會(huì)降低資料的硬度,所以鍍前去應(yīng)力和鍍后去氫的溫度選擇,必需思索不致于降低資料硬度,不得處于某些鋼材的脆性回火溫度,不得破壞鍍層本身的性能。3 裂紋形貌 氫脆斷口與其它脆性斷口很類似,很容易混淆,因此在進(jìn)展失效分析時(shí)應(yīng)慎重對待斷口失效方式。氫脆裂紋通常是單一裂紋,沒有明顯的分叉。裂紋可以是穿晶的,也可以是沿晶的,還可以是混合的。高強(qiáng)度資料和有雜質(zhì)的資料出現(xiàn)沿晶斷口的能夠性大,這時(shí)的晶界面相對

4、應(yīng)力腐蝕斷口來看比較干凈光潔。在延展性不太好的合金中,斷口失效方式大多呈現(xiàn)冰糖塊狀，有較多的沿晶微裂紋晶面上有爪狀紋+二次裂紋+少量韌窩。在延展性好的低強(qiáng)度鋼中,斷口失效方式能夠是韌窩,隨著延展性下降,韌窩尺寸變小。3 裂紋形貌 低碳鋼的氫致沿晶斷口很獨(dú)特。資料變形時(shí)空洞首先在FeC3上形核,但優(yōu)先沿晶界擴(kuò)展,這樣就獲得了所謂的“韌性沿晶斷口,即斷口是沿晶的,但晶界面是由韌窩構(gòu)成;或在沿晶小刻面上出現(xiàn)細(xì)小的、發(fā)育不完好的韌窩,即所謂“雞爪痕。有人以為這能夠是氫氣或甲烷氣在晶界處形核的結(jié)果,也能夠是氫加強(qiáng)部分塑性流變的結(jié)果。還有一種情況就是沿晶與撕裂棱上的韌窩共存,這也是氫脆斷口的特征之一。3

5、裂紋形貌 氫脆斷口在金相顯微鏡下呈現(xiàn)白點(diǎn)，呈雪白色，輪廓清楚，外表光亮且外形有許多圓形、卵形白斑即白點(diǎn)缺陷，白點(diǎn)外表呈粗晶狀；宏觀形貌與普通的脆性斷口形狀類似，其斷口宏觀上是齊平的，無塑性變形，有時(shí)可見到一些反光的小刻面、結(jié)晶狀顆粒或放射狀花樣類似發(fā)紋、瓜狀紋、雞瓜紋。4 氫脆失效的根本緣由及共同特性一切的失效都是在組裝之后發(fā)生，通常是在產(chǎn)品組裝后1至48小時(shí)內(nèi)發(fā)生，但沒有一定的準(zhǔn)確時(shí)間，氫脆通常表現(xiàn)為應(yīng)力作用下的延遲斷裂景象。判別能否為氫脆，有一個(gè)較簡單的方法，那就是假設(shè)螺絲或螺栓在組裝后1到48小時(shí)內(nèi)破壞，且破壞在頭部與桿部或螺紋與桿的交接位置那大約就是氫脆破壞。假設(shè)是從組織上察看，氫脆斷

6、面為一種晶界破裂，氫脆的斷裂性質(zhì)為脆性斷裂。其斷口宏觀上是齊平的，無塑性變形。斷裂的顯微特征是沿晶型的也可以是穿晶型的。對于氫化物型氫脆，其裂紋沿晶界擴(kuò)展，并在晶界上可看到粒狀氫化物；4 氫脆失效的根本緣由及共同特性一切失效的零件都有電鍍，零件的氫來自電鍍過程中所用的酸液及無效電鍍電解過程中的氫離子；一切的失效都呈現(xiàn)顆粒間的破壞特征，這意味著資料的晶界未經(jīng)拉伸而忽然破壞，破壞的外表看來像是斷裂的結(jié)晶場這里需留意：一切的氫脆化破壞都是在顆粒之間，但并非一切顆粒之間的破壞都是氫脆化呵斥的，產(chǎn)品組裝之后經(jīng)過數(shù)天、數(shù)周、數(shù)個(gè)月才發(fā)生顆粒之間的破壞，比較像是應(yīng)力腐蝕而不是氫脆化，這意味著在產(chǎn)品運(yùn)作環(huán)境中

7、有某些外界要素與扣件發(fā)生作用而發(fā)生失效。4 氫脆失效的根本緣由及共同特性一切的零件都經(jīng)全面硬化如：調(diào)質(zhì)或外表硬化如：滲碳或碳氮共滲；一切失效零件的心部硬度根本都超越了HRC35，甚至接近了HRC40留意：螺絲和螺栓氫脆化根本都是與心部硬度有關(guān)，與外表硬度較無關(guān)。，故限制螺絲螺栓的心部硬度不高于HRC35，確保心部組織的韌性和延展性，將大大降低氫脆化時(shí)機(jī)發(fā)生；5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施1依機(jī)械性質(zhì)要求正確選擇用料注：所用資料最好指定鋼廠如中鋼、寶鋼、邢依機(jī)械性質(zhì)要求正確選擇用料注：所用資料最好指定鋼廠如中鋼、寶鋼、邢鋼等；鋼等；根據(jù)影響高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂的要素，鋼材選擇最好有能使延遲斷

8、裂性能提高的根據(jù)影響高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂的要素，鋼材選擇最好有能使延遲斷裂性能提高的元素。如添加有適量的元素。如添加有適量的Ti、V和和Nb等細(xì)化晶粒元素，使奧氏體晶粒不長大；對等細(xì)化晶粒元素，使奧氏體晶粒不長大；對延遲斷裂惡化的延遲斷裂惡化的P、S降低鋼中的含量，減少晶界偏析；提高降低鋼中的含量，減少晶界偏析；提高M(jìn)o的含量以提高的含量以提高鋼的回火軟化抵抗性能。鋼的回火軟化抵抗性能。鋼材化學(xué)成分的調(diào)整，碳鋼中主要的元素有鋼材化學(xué)成分的調(diào)整，碳鋼中主要的元素有C、Si和和Mn。添加。添加Si和和Mn的含量可提的含量可提高硬度，但硬度提高對塑性目的斷面收縮率的數(shù)值有負(fù)面影響，在中碳鋼中參高硬度，

9、但硬度提高對塑性目的斷面收縮率的數(shù)值有負(fù)面影響，在中碳鋼中參與少量的與少量的Cr可以改善其塑性，提高斷面收縮率值?？梢愿纳破渌苄?，提高斷面收縮率值。Si 和和Mn是固溶強(qiáng)化鐵素體是固溶強(qiáng)化鐵素體而提高硬度的元素，而而提高硬度的元素，而Cr是細(xì)化晶粒添加淬透性的元素。是細(xì)化晶粒添加淬透性的元素。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施u 由于任何一種鋼都要淬火高溫回火調(diào)質(zhì)處置作為鋼種的前提來思索，根據(jù)高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)，環(huán)境條件等，要完全防止發(fā)生延遲斷裂是困難的。因此，選擇鋼種時(shí)對其運(yùn)用條件必需非常留意。引薦鋼種如下：8.8級(jí)螺栓選用SWRCH35R、CH35ACR 、ML20MnTiB、10B21

10、鋼；10.9級(jí)選用SCM435、ML20MnTiB、10B33鋼；u 12.9級(jí)選用42CrMo、25Cr2MoVA鋼。對于10.9級(jí)以上螺栓需求用合金鋼，其中CrMo和CrMoV兩類鋼更能滿足在復(fù)雜條件下運(yùn)用。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施2冷鐓過程中首下冷鐓過程中首下R角在符合規(guī)范的情況下盡能夠控制在上限，并檢查頭部角在符合規(guī)范的情況下盡能夠控制在上限，并檢查頭部金屬流線能否正常，應(yīng)力集中部位能否存在斷線或裂隙；金屬流線能否正常，應(yīng)力集中部位能否存在斷線或裂隙； 螺栓頭部是應(yīng)力集中部位。典型螺栓的頭部為六角形的冷鐓變形可達(dá)螺栓頭部是應(yīng)力集中部位。典型螺栓的頭部為六角形的冷鐓變形可達(dá)6

11、080，不允許有任何折疊，尤其是冷鐓復(fù)雜外形的凸緣類螺栓。但由于，不允許有任何折疊，尤其是冷鐓復(fù)雜外形的凸緣類螺栓。但由于冷鍛成型，操作工人的技術(shù)程度，模具尺寸和質(zhì)量等要素的影響，呵斥冷鍛成型，操作工人的技術(shù)程度，模具尺寸和質(zhì)量等要素的影響，呵斥螺栓頭部和桿部結(jié)合處的晶粒破碎或金屬纖維斷裂。此處組織很不均勻，螺栓頭部和桿部結(jié)合處的晶粒破碎或金屬纖維斷裂。此處組織很不均勻，并構(gòu)成一個(gè)脆性斷裂危險(xiǎn)區(qū)域，呵斥應(yīng)力集中。不完全螺紋外形的螺栓，并構(gòu)成一個(gè)脆性斷裂危險(xiǎn)區(qū)域，呵斥應(yīng)力集中。不完全螺紋外形的螺栓，應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，做到外形盡能夠緩和應(yīng)力集中。在冷鐓調(diào)整時(shí)，不應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，做到外形盡能夠緩和

12、應(yīng)力集中。在冷鐓調(diào)整時(shí)，不應(yīng)忽視模具間隙以及模具誤差合理分配螺栓頭部的鐓段變形量，增大頭應(yīng)忽視模具間隙以及模具誤差合理分配螺栓頭部的鐓段變形量，增大頭桿結(jié)合處的過渡圓角，使其內(nèi)部組織到達(dá)合理形狀。桿結(jié)合處的過渡圓角，使其內(nèi)部組織到達(dá)合理形狀。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施u 良好的金屬流線u 金屬的纖維組織沿扎制方向流動(dòng)，這種因碳化物等脆性粒子在冷鐓和冷擠加工時(shí)被細(xì)化、晶粒沿塑性變形方向變細(xì)變長，這種纖維組織在塑性加工后，由變形產(chǎn)生纖維流線，螺栓冷鐓成型時(shí)，特別是在頭桿銜接處，假設(shè)冷鐓質(zhì)量差，頭部纖維塑性流線就會(huì)以散、 亂、斷形狀成現(xiàn)，這將導(dǎo)致延遲鍛裂的發(fā)生。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之

13、預(yù)防措施3. 防止螺栓外表的增碳防止螺栓外表的增碳脫碳通常有利于延遲破壞性能的提高，但是必需充分思索疲勞強(qiáng)度的下降，脫碳通常有利于延遲破壞性能的提高，但是必需充分思索疲勞強(qiáng)度的下降，并且不至于產(chǎn)生脫扣、滑牙。對原資料的預(yù)先退火工序必需嚴(yán)厲留意脫并且不至于產(chǎn)生脫扣、滑牙。對原資料的預(yù)先退火工序必需嚴(yán)厲留意脫碳和增碳，而在最終調(diào)質(zhì)淬火時(shí)對于螺紋外表增碳是不允許的。碳和增碳，而在最終調(diào)質(zhì)淬火時(shí)對于螺紋外表增碳是不允許的。冷拔前對盤條需求經(jīng)過軟化退火或球化退火，為了防止脫碳往往運(yùn)用維護(hù)氣冷拔前對盤條需求經(jīng)過軟化退火或球化退火，為了防止脫碳往往運(yùn)用維護(hù)氣氛或爐中放置木炭。假設(shè)爐中氣氛控制不當(dāng)或者發(fā)生特殊

14、情況時(shí)，會(huì)在氛或爐中放置木炭。假設(shè)爐中氣氛控制不當(dāng)或者發(fā)生特殊情況時(shí)，會(huì)在原資料外表呵斥增碳，由于螺紋處外表增碳，會(huì)使強(qiáng)度添加而塑性下降，原資料外表呵斥增碳，由于螺紋處外表增碳，會(huì)使強(qiáng)度添加而塑性下降，導(dǎo)致延遲斷裂。導(dǎo)致延遲斷裂。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施 4.防止?jié)B磷防止?jié)B磷拉拔是消費(fèi)高強(qiáng)度螺栓的第一道工序，但在拉拔前，盤條須經(jīng)過磷化鋅薄膜拉拔是消費(fèi)高強(qiáng)度螺栓的第一道工序，但在拉拔前，盤條須經(jīng)過磷化鋅薄膜處置，添加光潔度，冷鐓、調(diào)質(zhì)淬火處置制成螺栓，會(huì)有磷滲入外表層處置，添加光潔度，冷鐓、調(diào)質(zhì)淬火處置制成螺栓，會(huì)有磷滲入外表層里。對于高強(qiáng)度螺栓，可在熱處置前用金屬清洗劑和酸洗洗凈磷

15、化膜，里。對于高強(qiáng)度螺栓，可在熱處置前用金屬清洗劑和酸洗洗凈磷化膜，到達(dá)防止?jié)B磷的目地。要留意的是鋼滲磷后，鋼的臨界點(diǎn)到達(dá)防止?jié)B磷的目地。要留意的是鋼滲磷后，鋼的臨界點(diǎn)A1上升，外表上升，外表出現(xiàn)較多鐵素體，也影響后序發(fā)黑和氧化著色外表處置。出現(xiàn)較多鐵素體，也影響后序發(fā)黑和氧化著色外表處置。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施5輾牙后檢查牙底徑能否符合規(guī)范，牙紋金相能否正常，分析螺紋上能否存在折疊；6熱處置過程中在保證機(jī)械性能和破斷扭矩的前提下，盡能夠提高回火溫度和一定的回火時(shí)間，來消除產(chǎn)品組織的內(nèi)應(yīng)力，確保產(chǎn)品組織的韌性和延展性，盡能夠使淬火后組織再經(jīng)回火后可以完全轉(zhuǎn)變及細(xì)化，并應(yīng)預(yù)先防止奧

16、氏體晶粒粗大，淬火溫度的控制顯得特別重要，應(yīng)添加退火軟化工序和減少拉拔量。奧氏體晶粗大會(huì)呵斥脆性添加，以致延遲斷裂發(fā)生。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施7應(yīng)防止螺絲或螺栓在熱處置后再輾制螺紋，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生；8熱處置后可做頭部鞏固性測試或彎曲度實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)熱處置后產(chǎn)品的韌性如何；9緊固件電鍍前除銹和氧化皮時(shí)應(yīng)采用噴砂或噴丸等處置方法到達(dá)凈化、活化外表目的。假設(shè)必需進(jìn)展酸洗活化處置時(shí)，選用鹽酸較好HCL的濃度最好控制在10%以內(nèi)。留意掌握酸洗時(shí)間不宜過長每次控制60s以內(nèi)，以多次短時(shí)間比長時(shí)間酸洗效果好；在除油時(shí),采用化學(xué)除油、清洗劑或溶劑除油,滲氫量較少； 5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防

17、措施10在電鍍過程中,盡能夠采用堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少；并應(yīng)選擇氫脆性較小的鍍鋅電解液，普通而言，氯化物型鍍鋅電解液相對析氫較少，產(chǎn)生氫脆的能夠性也?。欢杌镥冧\電解液析氫、滲氫較多，產(chǎn)生氫脆的機(jī)率也較大。11電鍍過程中在能確保鹽霧實(shí)驗(yàn)的條件下，盡能夠減少鍍層厚度添加鍍層厚度，那么添加氫釋放的難度。，鍍層厚度最好控制在8以下，盡能夠提高電流效率，減少電鍍時(shí)間。12. 螺栓在室外運(yùn)用時(shí)，應(yīng)防止潮濕空氣，雨水的接觸，涂上適當(dāng)?shù)挠推崾怯幸娴模煞乐巩a(chǎn)生延遲斷裂。5 為防止延遲斷裂質(zhì)量事故之預(yù)防措施13電鍍除氫時(shí)需留意：電鍍除氫時(shí)需留意：零件應(yīng)烘干零件應(yīng)烘干4h或以上，并最好是在電鍍后

18、或以上，并最好是在電鍍后1h、鉻酸鹽鈍化處置之前入除氫爐；、鉻酸鹽鈍化處置之前入除氫爐；除氫溫度最好控制在除氫溫度最好控制在190230，最高溫度應(yīng)思索鍍層資料和基體資料的種類；，最高溫度應(yīng)思索鍍層資料和基體資料的種類；電鍍工序完成后檢查氫脆預(yù)載荷測試最好控制在電鍍工序完成后檢查氫脆預(yù)載荷測試最好控制在24h以內(nèi)；以內(nèi)；要求電鍍廠送貨時(shí)提供每批之除氫記錄除氫記錄中的批號(hào)和數(shù)量應(yīng)與送貨單堅(jiān)要求電鍍廠送貨時(shí)提供每批之除氫記錄除氫記錄中的批號(hào)和數(shù)量應(yīng)與送貨單堅(jiān)持一致；除氫記錄應(yīng)與氫脆化實(shí)驗(yàn)報(bào)告一同存放，易于追溯；持一致；除氫記錄應(yīng)與氫脆化實(shí)驗(yàn)報(bào)告一同存放，易于追溯；可派人進(jìn)展專案追蹤注要控制點(diǎn)：前處置能否噴砂除污還是酸洗除污；除氫時(shí)可派人進(jìn)展專案追蹤注要控制點(diǎn)：前處置能否噴砂除污還是酸洗除污；除氫時(shí)間及溫度能否合理，鍍鋅后除氫入爐時(shí)間能否及時(shí)；監(jiān)控除氫爐溫控儀表能間及溫度能否合理，鍍鋅后除氫入爐時(shí)間能否及時(shí)；監(jiān)控除氫爐溫控儀表能否認(rèn)期校準(zhǔn)，熱電偶能否認(rèn)期改換，溫度的均勻性和準(zhǔn)確性能否可以定期檢否認(rèn)期校準(zhǔn)，熱電偶能否認(rèn)期改換，溫度的均勻性和準(zhǔn)確性能否可以定期檢查。查。5 為防止