Årsaksanalyse av hydrogensprøhetsbrudd på legeringsstålbolter

Hydrogensprøhet er en typisk sprø bruddmodus for høyfast stål. Frie hydrogenatomer som trenger inn i stålmatrisen akkumuleres ved indre defekter, korngrenser og spenningskonsentrasjonsområder, noe som forårsaker en kraftig økning i lokal indre spenning. Når den hydrogeninduserte konsentrerte spenningen overskrider stålets lokale styrkegrense, initieres irreversible mikrosprekker inne i materialet. Etter boltforming og service, under koblingseffekten av intern restspenning og ytre arbeidsspenning, fortsetter disse mikrosprekkene å forplante seg og til slutt føre til plutselige sprøbrudd.

Hydrogensprøhet er irreversibelt. Det kan bare forebygges gjennom prosess- og arbeidstilstandskontroll i stedet for å elimineres ved etterbehandling. Derfor er en klar forståelse av de induserende faktorene ved hydrogensprøhetsbrudd avgjørende for å fundamentalt unngå slike feil. Hovedårsakene til hydrogensprøhet i bolter av legert stål inkluderer hydrogenpenetrering under beising, resthydrogen under smelting, hydrogenabsorpsjon fra servicemiljøer og hydrogenindusert forsinket sprøbrudd.

1. Hydrogenpenetrering under beisingsprosesser

Forbehandlingsprosedyrer inkludert beising, fosfatering, forsåpning og galvanisering er de viktigste kildene til hydrogeninntrengning under boltproduksjon. Blant disse prosessene utgjør beising og fosfatering den viktigste hydrogenutviklingen og hydrogenpenetrasjonsadferden. Under fosfatbehandling danner det sure mediet mange mikrogalvaniske celler mellom jern- og karbonstrukturer i stålet. En tett fosfatfilm dannes på arbeidsstykkets overflate ved anoden, mens alvorlige hydrogenutviklingsreaksjoner oppstår ved katoden, og genererer et stort antall aktive hydrogenatomer.

Nygenererte hydrogenatomer har lite volum og høy aktivitet, noe som gjør at de enkelt kan trenge gjennom ståloverflaten og forbli inne i matrisen. Prosesshydrogenpenetrering under produksjon er den primære årsaken til brudd på hydrogensprøhetbolter av legert stål.

2. Ufullstendig fjerning av hydrogen under smelting

Under smelting av legert stål introduseres sporhydrogen fra råvarer, ovnsgass og kjølemedier. Begrenset av smeltetemperatur, ovnsmiljø, avgassingsprosesser og prosesskontroll, kan ikke hydrogenatomer i smeltet stål fjernes fullstendig, og etterlater en viss mengde resthydrogen i stålmatrisen.

Resterende hydrogen reduserer bindingsstyrken til stålkorngrenser og øker strukturell sprøhet. Under påfølgende varmebehandling, kald kurs og servicebelastning, akselererer det initiering og forplantning av mikrosprekker og øker risikoen for hydrogensprøhet.

3. Hydrogenabsorpsjon fra eksterne tjenestemiljøer

Når bolter fungerer i langvarige fuktige, regnfulle eller korrosive miljøer, oppstår elektrokjemiske reaksjoner på boltoverflaten utløst av fuktighet og korrosive medier. Disse reaksjonene genererer kontinuerlig aktive hydrogenatomer som trenger inn i boltmatrisen.

I miljøer med regn, høy luftfuktighet og tung salttåke absorberer bolter hydrogen i en raskere hastighet med høyere hydrogenakkumulering, noe som resulterer i en mye høyere sannsynlighet for hydrogensprøhet sammenlignet med tørre arbeidsforhold.

4. Hydrogen-indusert forsinket sprøbrudd

Dette er kjernesviktmodusen for hydrogensprøhet. Fritt gjenværende hydrogen inne i boltmatrisen akkumuleres kontinuerlig ved spenningskonsentrasjonssoner under den kombinerte virkningen av gjenværende forspenningsspenning og vekslende driftsbelastning. Hydrogenanrikning reduserer bruddseigheten til materialet i stor grad og fremmer langsom forplantning av iboende mikrosprekker, og forårsaker til slutt forsinket sprøbrudd uten tydelige pre-feilsymptomer. Det er en typisk lavstress plutselig feilmodus.

Hydrogenforskjørhetsforebyggende tiltak

Hydrogensprøhet avbolterer hovedsakelig avhengig av forebygging. Ved faktisk produksjon og bruk skal råmaterialer med lav hydrogenfølsomhet velges i henhold til boltstyrkekarakterer og bruksforhold. Nøkkelprosesser som varmebehandling, beising, fosfatering og galvanisering bør optimaliseres, ledsaget av streng dehydrogeneringsbehandling og full prosesskvalitetskontroll. Omfattende forebyggingstiltak som dekker valg av råvarer, produksjon, overflatebehandling, montering og drift kan effektivt eliminere risikoen for hydrogensprøhet.