Предотвращение водородного охрупчивания металлов: Причины и решения

В каждом гальваническом растворе присутствуют ионы водорода, образующиеся в результате диссоциации молекул воды.

В результате в процессе нанесения покрытия металл осаждается с катода (основная реакция), а также осаждается водород (побочная реакция).

Эволюция водорода имеет множество последствий, среди которых наиболее значимым является водородное охрупчивание.

Водородное охрупчивание представляет собой серьезную опасность для качества обработка поверхности и может привести к поломке деталей во время использования, что может стать причиной серьезных несчастных случаев.

Специалистам по обработке поверхностей крайне важно хорошо разбираться в методах предотвращения и устранения водородного охрупчивания, чтобы свести к минимуму его последствия.

Чувствительность к водородному охрупчиванию высокопрочной новой бейнитной колесной стали

1. Водородное охрупчивание

(1) Водородное охрупчивание

Водородное охрупчивание обычно проявляется в виде замедленного разрушения под действием напряжения.

Известно, что оцинкованные детали, такие как автомобильные пружины, шайбы, винты и рессоры, ломаются уже через несколько часов после сборки с частотой разрушения от 40% до 50%.

В случае со специальным изделием с кадмиевым покрытием на одной из партий появились трещины и разломы.

Было проведено общенациональное исследование, в результате которого был разработан строгий процесс дегидрирования.

Кроме того, некоторые случаи водородного охрупчивания не приводят к замедленному разрушению.

Например, вешалка для гальванических покрытий, изготовленная из стальной и медной проволоки, может пропитаться водородом в результате многократного нанесения гальванических покрытий, травления и деплакирования, что приведет к хрупкому разрушению уже после одного использования.

Аналогично, стержень, используемый для точной ковки охотничьих ружей, может сломаться после нескольких хромирование процессы.

В некоторых случаях закаленные детали с высокой внутреннее напряжение могут растрескиваться во время травления из-за сильного проникновения водорода. Эти трещины могут возникать без внешнего напряжения, и первоначальная прочность не может быть восстановлена путем удаления водорода.

(2) Механизм водородного охрупчивания

Возникновение замедленного разрушения обусловлено диффузией и накоплением водорода в деталях, в частности, в зонах концентрации напряжений, которые дефекты металланапример, дислокации или дырки в атомной решетке.

Когда водород диффундирует к этим дефектам, атомы водорода соединяются, образуя молекулы водорода, которые создают высокое давление.

Это давление создает силу в сочетании с остаточное напряжение внутри материала и внешнее напряжение на материал.

Если результирующая сила превышает предел текучести материала, он разрушится.

Скорость диффузии водорода и, следовательно, возникновение водородного охрупчивания зависят от градиента концентрации, температуры и типа материала.

Материалы с малым атомным радиусом, такие как сталь и медь, более восприимчивы к диффузии водорода, в то время как в кадмии, олове, цинке и их сплавах диффузия водорода затруднена.

Слой кадмиевого покрытия особенно устойчив к диффузии водорода, так как водород, образующийся во время кадмирования, остается в слое покрытия и металлическая поверхность слой под ним, что затрудняет его распространение наружу и удаление.

Со временем водород диффундирует в металл и может образовывать дефекты внутри металла, что затрудняет его удаление.

При обычных температурах диффузия водорода происходит медленно, поэтому для его удаления необходимо нагревать.

С повышением температуры растворимость водорода в стали также увеличивается.

Однако слишком высокая температура может снизить твердость материала.

Важно учитывать температуру для снятия напряжения перед нанесением покрытия и удаления водорода после нанесения покрытия, чтобы не снизить твердость материала, избежать температуры хрупкого отпуска некоторых сталей и сохранить эксплуатационные характеристики покрытия.

2. Меры по предотвращению и устранению

(1) Уменьшить количество проникающего водорода в металл

В процессе удаления ржавчины и окалины следует как можно чаще использовать пескоструйную обработку.

Если требуется кислотная промывка, в раствор следует добавить ингибитор коррозии, например, рутин.

Для удаления масла следует использовать химические средства удаления масла, чистящие средства или растворители с низкой проницаемостью водорода.

Если выбрано электрохимическое удаление масла, за катодом должен следовать анод.

В гальванике количество проникающего водорода невелико в щелочных гальванических растворах или растворах с высокой эффективностью тока.

(2) Покрытие с низкой диффузией водорода и низкой растворимостью водорода должно быть принято

Принято считать, что при нанесении гальванических покрытий из Cr, Zn, Cd, Ni, Sn и Pb водород легко проникает в стальные детали, в то время как покрытия из таких металлов, как Cu, Mo, Al, Ag, Au и W, обладают низкой диффузией водорода и низкой растворимостью водорода, что приводит к меньшему проникновению водорода.

При соблюдении технических требований к продукту можно использовать покрытия, не вызывающие водородной проницаемости.

Например, покрытие Dacromet может быть использовано в качестве альтернативы цинкованию, не вызывая водородного охрупчивания.

Это покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью в 7-10 раз и хорошей адгезией.

Толщина пленки 6-8 мм аналогична тонкому цинковому покрытию и не влияет на сборку.

(3) Снять напряжение перед нанесением покрытия и удалить водород после нанесения покрытия для устранения потенциального водородного охрупчивания

Если детали имеют высокую внутреннюю остаточное напряжение После закалки, сварки или других процессов перед нанесением покрытия следует провести отпускную обработку, чтобы снизить риск проникновения водорода.

В целом, детали с высокой проницаемостью водорода при нанесении покрытия должны быть дегидрогенизированы как можно скорее, поскольку водород в слое покрытия и поверхностном основном металле будет продолжать диффундировать в стальную матрицу с течением времени.

Согласно проектам международных стандартов, дегидрогенизационная обработка в идеале должна проводиться в течение 1 часа после нанесения покрытия, но не позднее чем через 3 часа.

В Китае также существуют аналогичные стандарты в отношении дегидрогенизации до и после цинкования.

Дегидрогенизация после нанесения покрытия обычно осуществляется путем нагревания и запекания, при температуре 150-300°C и изоляции в течение 2-24 часов.

Точная температура и время обработки должны определяться в зависимости от размера, прочности, свойств покрытия и времени нанесения покрытия на детали.

Дегидрогенизация обычно проводится в печи, при этом температура для оцинкованных деталей составляет 110-220°C, а температура должна регулироваться в зависимости от материала основы.

Для эластичных материалов, тонкостенных деталей толщиной менее 0,5 мм и стальных деталей с высокими требованиями к механической прочности после цинкования необходимо провести обработку для удаления водорода.

Для предотвращения "кадмиевого охрупчивания" температура дегидрирования деталей с кадмиевым покрытием не должна быть слишком высокой, обычно в пределах 180-200°C.

3. Проблемы, требующие внимания

Чувствительность к водородному охрупчиванию увеличивается с ростом прочности материала, что является фундаментальной концепцией, которую должны понимать специалисты по обработке поверхности при подготовке спецификаций гальванических процессов.

Согласно международным стандартам, сталь с пределом прочности на растяжение σb > 105 кг/мм2 должна проходить предварительное снятие напряжения и последующую обработку для удаления водорода.

Французская авиационная промышленность требует соответствующей дегидрогенизационной обработки для стальных деталей с пределом текучести σs > 90 кг/мм2.

Поскольку существует сильная корреляция между прочность и твердость Сталь, чувствительность материалов к водородному охрупчиванию легче определить по их твердости, чем по прочности.

Чертежи изделий и процессы обработки обычно включают твёрдость сталичто делает его более удобным для оценки.

Было замечено, что при нанесении гальванических покрытий сталь с твердостью примерно HRC38 начинает подвергаться риску разрушения от водородного охрупчивания.

Для деталей с твердостью более HRC43 следует рассмотреть возможность дегидрогенизации после нанесения покрытия.

Если твердость составляет около HRC60, дегидрогенизация должна быть проведена сразу после обработки поверхности, иначе стальные детали растрескаются в течение нескольких часов.

В дополнение к твёрдость сталиПри этом необходимо учитывать следующие факторы:

  • Безопасность деталей: Детали с высокой степенью безопасности должны подвергаться усиленному удалению водорода.
  • Геометрия деталей: Детали с выемками, склонными к концентрации напряжений, малым R и т.д. должны иметь усиленное удаление водорода.
  • Площадь поперечного сечения деталей: Небольшие стальные проволоки пружин и тонкие рессоры легко насыщаются водородом, поэтому удаление водорода должно быть усилено.
  • Степень проникновения водорода в детали: Детали с большим количеством водорода, образующегося при обработке поверхности, и более длительным временем обработки должны иметь усиленное удаление водорода.
  • Тип покрытия: Например, слой кадмиевого покрытия серьезно блокирует диффузию водорода, поэтому удаление водорода должно быть усилено.
  • Напряженные свойства используемых деталей: Детали, находящиеся под высоким растягивающим напряжением, должны иметь усиленное удаление водорода. Водородное охрупчивание не происходит при сжимающем напряжении.
  • Состояние обработки поверхности деталей: Детали с высоким внутренним остаточным напряжением от таких процессов, как холодная гибка, растяжение, закалка и сварка, должны иметь усиленное удаление водорода после нанесения покрытия и снятие напряжения перед нанесением покрытия.
  • История деталей: Особое внимание следует уделять деталям, имеющим историю водородного охрупчивания, и вести соответствующие записи.

Устранение водородного охрупчивания

Основная проблема заключается в явлении "гидрогенизации", которое происходит в процессе нанесения гальванического покрытия. Неквалифицированные продукты, которые вы используете, не обязательно являются результатом самого процесса гальванизации, поскольку большинство методов гальванизации (за исключением вакуумной) вызывают гидрогенизацию металла.

Однако многие обработка поверхности металла В целях экономии производственных затрат на предприятиях опускают последний этап, а именно процесс "дегидрогенизации". Этот процесс, необходимый для металлических деталей с требованиями к прочности, включает в себя нагрев деталей до высокой температуры 120-220°C в течение 1-2 часов после нанесения гальванического покрытия.

Если пользователь не знает или не запросил или не принял этот процесс, он может сэкономить 5-15% стоимости. Это может привести к тому, что болты с покрытием, пружинные прокладки и другие детали станут "хрупкими".

Конкретные условия дегидрогенизационной обработки должны контролироваться в соответствии с требованиями к деталям.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.