水素脆化は、高強度鋼の典型的な脆性破壊モードです。{0}鋼マトリックスに侵入した遊離水素原子は、内部欠陥、粒界、応力集中領域に蓄積し、局所的な内部応力の急激な増加を引き起こします。水素-によって誘発された集中応力が鋼の局所強度限界を超えると、材料の内部に不可逆的な微小亀裂が発生します。ボルトの成形と使用後、内部残留応力と外部加工応力の結合効果により、これらの微小亀裂は伝播し続け、最終的には突然の脆性破壊につながります。
水素脆化は不可逆的です。これは後処理によって排除するのではなく、プロセスと作業条件の管理によってのみ防止できます。-したがって、水素脆化破壊を根本的に回避するには、水素脆化破壊の誘発要因を明確に理解することが不可欠です。合金鋼ボルトの水素脆化の主な原因には、酸洗時の水素侵入、製錬時の残留水素、使用環境からの水素吸収、水素誘起遅れ脆性破壊などが含まれます。
1. 酸洗工程における水素の侵入
酸洗い、リン酸塩処理、ケン化、電気メッキなどの前処理手順は、ボルト製造時の水素侵入の主な原因となります。{0}これらのプロセスの中で、酸洗いとリン酸塩処理は、最も顕著な水素発生と水素浸透挙動を示します。リン酸塩処理中、酸性媒体は鋼の鉄と炭素の構造の間に多数の微小なガルバニックセルを形成します。アノードではワークピース表面に緻密なリン酸塩膜が形成され、カソードでは激しい水素発生反応が発生し、多数の活性水素原子が生成されます。
新たに生成された水素原子は体積が小さく活性が高いため、鋼表面に容易に侵入し、マトリックス内部に留まります。製造中のプロセス水素の侵入が、水素脆化破壊の主な原因です。合金鋼ボルト.
2. 製錬中の水素除去が不完全
合金鋼の製錬中、原料、炉ガス、冷却媒体によって微量の水素が導入されます。溶解温度、炉環境、脱ガスプロセス、プロセス制御による制限により、溶鋼中の水素原子を完全に除去することはできず、鋼マトリックス中に一定量の残留水素が残ります。
残留水素は鋼の粒界の結合強度を低下させ、構造の脆さを増大させます。その後の熱処理、冷間圧造および使用負荷中に、微小亀裂の発生と伝播が促進され、水素脆化破壊のリスクが大幅に増加します。
3. 外部サービス環境からの水素吸収
ボルトが湿気、雨、または腐食性の環境で長期間使用されると、湿気や腐食性媒体によってボルトの表面で電気化学反応が発生します。{0}これらの反応により、ボルトのマトリックスに浸透する活性水素原子が継続的に生成されます。
雨、高湿度、濃い塩霧の環境では、ボルトはより速い速度で水素を吸収し、より多くの水素が蓄積されるため、乾燥した作業条件と比較して水素脆化破壊の可能性がはるかに高くなります。
4. 水素-誘発遅発脆性破壊
これが水素脆化の核となる破壊モードです。ボルト マトリックス内の遊離残留水素は、残留予荷重応力と交互動作負荷の複合作用により、応力集中ゾーンに継続的に蓄積します。水素富化により、材料の破壊靱性が大幅に低下し、固有の微小亀裂のゆっくりとした伝播が促進され、最終的には明らかな破損前症状なしに遅発脆性破壊が引き起こされます。-これは、典型的な低ストレスの突然の故障モードです。-
水素脆化防止対策
水素脆化ボルト主に予防に依存します。実際の製造および用途では、ボルトの強度グレードと使用条件に応じて、低-水素感受性-の原材料を選択する必要があります。熱処理、酸洗、リン酸塩処理、電気メッキなどの主要プロセスは、厳密な脱水素処理と完全なプロセス品質管理を伴って最適化される必要があります。-原材料の選択、製造、表面処理、組み立て、運転を含む包括的な予防策により、水素脆化のリスクを効果的に排除できます。
