Анализа узрока крхкости водоничног лома вијака од легираног челика

Кртост водоником је типичан начин кртог лома челика високе чврстоће. Слободни атоми водоника који продиру у челичну матрицу акумулирају се на унутрашњим дефектима, границама зрна и регионима концентрације напона, изазивајући нагло повећање локалног унутрашњег напрезања. Када концентрисано напрезање изазвано водоником пређе локалну границу чврстоће челика, неповратне микропукотине покрећу унутар материјала. Након формирања вијака и сервисирања, под утицајем унутрашњег заосталог напрезања и спољашњег радног напона, ове микропукотине настављају да се шире и на крају доводе до изненадног кртог лома.

Крхкост водоника је неповратна. Може се спречити само кроз контролу процеса и радних услова, а не елиминисати накнадним третманом. Стога је јасно разумевање фактора који изазивају лома водоничне кртости од суштинског значаја да би се у основи избегли такви кварови. Главни узроци водоничне кртости у вијцима од легираног челика укључују продирање водоника током кисељења, преостали водоник током топљења, апсорпцију водоника из радног окружења и одложено крто ломљење изазвано водоником.

1. Продор водоника током процеса кисељења

Поступци претходног третмана укључујући кисељење, фосфатирање, сапонификацију и галванизацију су главни извори продора водоника током производње вијака. Међу овим процесима, кисељење и фосфатирање представљају најзначајнију еволуцију водоника и понашање при продирању водоника. Током третмана фосфатирањем, кисели медијум формира бројне микрогалванске ћелије између гвожђа и угљеничних структура у челику. Густи фосфатни филм се формира на површини радног предмета на аноди, док се на катоди дешавају тешке реакције еволуције водоника, стварајући велики број активних атома водоника.

Новогенерисани атоми водоника имају малу запремину и високу активност, што им омогућава да лако продру у површину челика и остану унутар матрице. Продор водоника током производње је примарни узрок лома водоничног кртостивијци од легираног челика.

2. Непотпуно уклањање водоника током топљења

Током топљења легираног челика, водоник у траговима се уноси сировинама, пећним гасом и расхладним медијима. Ограничени температуром топљења, окружењем у пећи, процесима дегазације и контролом процеса, атоми водоника у растопљеном челику не могу се потпуно уклонити, остављајући одређену количину заосталог водоника у челичној матрици.

Преостали водоник смањује чврстоћу везивања граница зрна челика и повећава кртост структуре. Током накнадне термичке обраде, хладног пада и сервисног оптерећења, убрзава настанак и ширење микропукотина и значајно повећава ризик од лома водоничним крхкостима.

3. Апсорпција водоника из спољашњих сервисних окружења

Када завртњи служе у дуготрајном влажном, кишном или корозивном окружењу, на површини вијка долази до електрохемијских реакција изазваних влагом и корозивним медијима. Ове реакције континуирано стварају активне атоме водоника који продиру у матрицу вијака.

У окружењима са кишом, високом влажношћу и јаком сланом маглом, вијци апсорбују водоник брже са већом акумулацијом водоника, што резултира много већом вероватноћом лома водоничног кртљења у поређењу са сувим радним условима.

4. Одложени крти прелом изазван водоником

Ово је основни начин квара водоничне кртости. Слободни заостали водоник унутар матрице вијака континуирано се акумулира у зонама концентрације напона под комбинованим дејством заосталог предоптерећења и наизменичног радног оптерећења. Обогаћивање водоником у великој мери смањује отпорност материјала на лом и промовише споро ширење инхерентних микропукотина, што на крају изазива одложено крто ломљење без очигледних симптома пре квара. То је типичан начин изненадног квара са ниским стресом.

Мере за превенцију водоничне кртости

Водонично крхкост одвијциослања се углавном на превенцију. У стварној производњи и примени, сировине ниске осетљивости на водоник ће бити одабране према степену чврстоће вијака и условима рада. Кључни процеси као што су топлотна обрада, кисељење, фосфатирање и галванизација треба да буду оптимизовани, праћени стриктним третманом дехидрогенације и контролом квалитета целог процеса. Свеобухватне мере превенције које обухватају избор сировина, производњу, површинску обраду, монтажу и рад могу ефикасно елиминисати ризик од водоничне кртости.