Infragilimento da idrogeno di bulloni in acciaio legato (2)
3 Materiali, contenuto di idrogeno e frattura dell'infragilimento da idrogeno
3.1 Valore di soglia dell'infragilimento da idrogeno dei materiali
Il materiale deve contenere una quantità sufficiente di idrogeno in modo che le microfessure nel materiale possano continuare ad espandersi ed estendersi. Tuttavia, poiché il contenuto di idrogeno è strettamente correlato agli altri due elementi, non si può dire che l'infragilimento da idrogeno si verificherà dopo che il contenuto di idrogeno raggiunge un certo valore, né si può dire che l'infragilimento da idrogeno non si verificherà quando il contenuto di idrogeno incontra un certo valore. In altre parole, un certo contenuto di idrogeno può causare la frattura dell'infragilimento da idrogeno di materiali sensibili all'infragilimento da idrogeno, ma può causare la frattura dell'infragilimento da idrogeno di materiali sensibili a basso infragilimento da idrogeno. In altre parole, il valore di soglia dell'infragilimento da idrogeno di materiali diversi è diverso.
Alcune persone credono che la frattura dell'infragilimento da idrogeno si verificherà quando il contenuto di idrogeno nell'acciaio raggiunge da 5 ppm a 10 ppm (da 5 × 10 -6 a 10 × 10-6), ma in realtà, anche se supera 10 ppm (10 × 10 - 6), potrebbe non essere necessario che si verifichi una frattura dell'infragilimento da idrogeno; e la frattura dell'infragilimento da idrogeno può verificarsi anche se il contenuto di idrogeno è compreso tra 1 ppm e 2 ppm (1 × 10-6 ～ 2 × 10 -6). Questo perché il contenuto di idrogeno non è l'unico fattore che causa la frattura dell'infragilimento da idrogeno. Finché è altamente concentrato nell'area sensibile di concentrazione della sollecitazione o nell'area del difetto del materiale, causerà una pressione sufficiente per rompere il materiale e il campionamento durante la misurazione dell'idrogeno non è generalmente nell'area di concentrazione della pressione o nell'area del difetto del materiale del materiale. Pertanto, per i materiali in acciaio legato,
3.2 Sollecitazione di trazione statica ultima sopportata dal materiale
Lo stress è la forza trainante per l'espansione e l'estensione delle microfessure nel materiale e dipende dallo stress sperimentato dal materiale. Se il materiale non è soggetto a sollecitazioni esterne (come un bullone posizionato ma non caricato), la frattura dell'infragilimento da idrogeno non si verificherà generalmente anche per materiali sensibili con alto contenuto di idrogeno. Maggiore è lo stress, più veloce è il tasso di crescita delle microfessure e più breve è il tempo per il verificarsi della frattura ritardata. Poiché la crescita delle microfessure richiede un certo tempo, lo stress deve essere statico o applicato lentamente.
Lo stress qui menzionato deve essere lo stress di trazione, non lo stress di compressione e lo stress generato dal carico statico o dal carico applicato lentamente. Questa sollecitazione di trazione include non solo la sollecitazione di trazione quando il materiale è sottoposto a un carico esterno, ma anche la sollecitazione di trazione residua generata dal materiale durante la lavorazione e il trattamento termico.
4 Influisce sul processo di assorbimento dell'idrogeno e rimozione dei bulloni in acciaio legato
ISO 4042: 1999 "Fastener Electroplating Layer" Appendice A stabilisce: nel trattamento termico, cementazione del gas, pulizia, imballaggio, trattamento di fosfatazione, galvanica, processo di trattamento autocatalitico e nell'ambiente di lavoro, a causa dell'effetto negativo della protezione catodica, o reazione di corrosione, l'idrogeno può entrare nel substrato. Durante la lavorazione, può entrare anche l'idrogeno, come la rullatura dei filetti, la bruciatura dovuta a una lubrificazione impropria durante la lavorazione e la foratura e i processi di saldatura o brasatura. Si può vedere che nell'intero processo di produzione dei bulloni esiste la possibilità di assorbimento dell'idrogeno o un processo che influisce sull'assorbimento dell'idrogeno.
In combinazione con il processo di produzione dei bulloni in acciaio legato, il modo principale per l'ingresso dell'idrogeno nella matrice dell'acciaio legato è la galvanica, seguita dal decapaggio. Inoltre, il processo principale che influenza l'assorbimento dell'idrogeno è il trattamento termico.
a) La galvanizzazione è uno dei metodi di trattamento superficiale più comunemente utilizzati per i bulloni in acciaio ed è anche il modo principale per i bulloni di assorbire l'idrogeno. Il processo di galvanizzazione è un processo di elettrodeposizione catodica. Durante la galvanica, il materiale di rivestimento (prendere come esempio la piastra di zinco) viene utilizzato come anodo e la parte placcata viene utilizzata come catodo. Sotto l'azione di una forte corrente, gli ioni metallici di placcatura caricati positivamente (come Zn ++) lasceranno la piastra metallica dell'anodo, si sposteranno sulla parte da placcare (come mostrato nella Figura 4) e si depositeranno sulla superficie del parte placcata per formare uno strato galvanico luminoso compatto. Durante la formazione dello strato depositato, gli ioni idrogeno (H +) nel bagno acido si sposteranno anche verso il catodo per essere placcati sotto l'azione della corrente. La maggior parte degli ioni idrogeno raccolti sulla superficie del catodo si combinano per formare molecole di idrogeno e traboccano, mentre una parte di essi penetra nel materiale della matrice sotto la forte azione della tensione. A causa della bassa affinità tra atomi di ferro e idrogeno, l'idrogeno che entra nella matrice spesso esiste nell'acciaio legato sotto forma di ioni, ed è libero nel materiale secondo le regole sopra descritte.
b) L'ossidazione chimica superficiale (comunemente nota come "blu" o "nero") di per sé non causerà un assorbimento eccessivo di idrogeno e causerà infragilimento e screpolature da idrogeno, ma il "pretrattamento" dell'ossidazione chimica generalmente richiede il decapaggio. Se il decapaggio non è controllato correttamente, causerà l'infragilimento da idrogeno. Il cosiddetto decapaggio consiste nell'immergere le parti trattate termicamente in una soluzione acida debole per un certo periodo di tempo per rimuovere le incrostazioni, la ruggine e altro sporco causato dal trattamento termico. Durante il decapaggio, anche gli ioni idrogeno e gli atomi di idrogeno nell'acido debole penetreranno nella matrice del materiale, ma poiché non c'è azione corrente, l'idrogeno che penetra nella matrice del materiale è piuttosto limitato, il che generalmente non causa infragilimento e frattura da idrogeno . Tuttavia, se il materiale è estremamente sensibile all'infragilimento da idrogeno (come acciaio ad altissima resistenza e acciaio per molle), la concentrazione di acido nel bagno è alta e il tempo di immersione è troppo lungo, molto idrogeno penetrerà nella matrice del materiale , che causerà l'infragilimento da idrogeno. .
c) Il trattamento termico (solitamente tempra e rinvenimento) viene effettuato ad alte temperature. Per evitare che la superficie del bullone si ossidi durante il trattamento termico, viene spesso utilizzata la protezione dell'atmosfera. Se l'atmosfera protettiva contiene composti di idrogeno (come metanolo, metano) o il mezzo di spegnimento contiene composti di idrogeno, è possibile assorbire l'idrogeno durante il trattamento termico. La tensione residua del bullone dopo il trattamento termico ha un effetto molto evidente sull'infragilimento da idrogeno. Se la tensione residua non viene eliminata, è più probabile che il bullone assorba l'idrogeno ed è più difficile rimuovere l'idrogeno.
La rimozione dell'idrogeno, nota anche come "unità idrogeno", utilizza la reversibilità dell'idrogeno libero nel metallo per rimuovere l'idrogeno dai materiali sensibili all'idrogeno. Quando si rimuove l'idrogeno, i bulloni dopo la galvanica e prima della passivazione vengono riscaldati a una certa temperatura e mantenuti per un periodo di tempo, in modo che l'idrogeno nel materiale si raccolga per formare molecole di idrogeno e fuoriuscire. Fattori che influenzano l'effetto della rimozione dell'idrogeno: uno è l'intervallo di tempo tra il completamento della galvanica e l'inizio della rimozione dell'idrogeno; il secondo è la temperatura di rimozione dell'idrogeno; il terzo è il tempo di rimozione dell'idrogeno. In generale, più tempestiva è la rimozione dell'idrogeno dopo la placcatura, maggiore è la temperatura di rimozione dell'idrogeno e più lungo è il tempo di rimozione dell'idrogeno, migliore è l'effetto di rimozione dell'idrogeno.
