Legiruotojo plieno varžtų lūžimo dėl vandenilio priežasčių analizė

Vandenilio trapumas yra tipiškas didelio stiprumo plieno trapus gedimo būdas. Laisvieji vandenilio atomai, prasiskverbę į plieno matricą, kaupiasi prie vidinių defektų, grūdelių ribų ir įtempių koncentracijos srityse, todėl smarkiai padidėja vietinis vidinis įtempis. Kai vandenilio sukeltas koncentruotas įtempis viršija vietinę plieno stiprumo ribą, medžiagos viduje atsiranda negrįžtami mikro įtrūkimai. Po varžtų formavimo ir aptarnavimo, veikiant vidiniam liekamajam ir išoriniam darbiniam įtempimui, šie mikroįtrūkimai toliau plinta ir galiausiai sukelia staigų trapumą.

Vandenilio trapumas yra negrįžtamas. To galima išvengti tik kontroliuojant procesą ir darbo sąlygas, o ne pašalinant po apdorojimo. Todėl norint iš esmės išvengti tokių gedimų, būtina aiškiai suprasti vandenilinio trapumo lūžio sukeliančius veiksnius. Pagrindinės legiruotojo plieno varžtų vandenilio trapumo priežastys yra vandenilio prasiskverbimas ėsdinimo metu, liekamasis vandenilis lydant, vandenilio absorbcija iš eksploatavimo aplinkos ir vandenilio sukeltas uždelstas trapus lūžis.

1. Vandenilio prasiskverbimas marinavimo procesų metu

Pirminio apdorojimo procedūros, įskaitant ėsdinimą, fosfatavimą, muilinimą ir galvanizavimą, yra pagrindiniai vandenilio įsiskverbimo šaltiniai gaminant varžtus. Tarp šių procesų ėsdinimas ir fosfatavimas yra svarbiausias vandenilio išsiskyrimas ir vandenilio įsiskverbimas. Apdorojant fosfatavimu, rūgštinė terpė sudaro daugybę mikro galvaninių elementų tarp plieno geležies ir anglies struktūrų. Ant ruošinio paviršiaus prie anodo susidaro tanki fosfato plėvelė, o katode vyksta sunkios vandenilio išsiskyrimo reakcijos, sukuriančios daug aktyvių vandenilio atomų.

Naujai sukurti vandenilio atomai pasižymi mažu tūriu ir dideliu aktyvumu, todėl jie gali lengvai prasiskverbti pro plieno paviršių ir likti matricos viduje. Vandenilio prasiskverbimas gamybos metu yra pagrindinė vandenilio trapumo priežastislegiruoto plieno varžtai.

2. Nevisiškas vandenilio pašalinimas lydymo metu

Lydant legiruotą plieną, vandenilio pėdsakai patenka į žaliavas, krosnies dujas ir aušinimo priemones. Apribota lydymosi temperatūra, krosnies aplinka, degazavimo procesai ir proceso valdymas, vandenilio atomai iš išlydyto plieno negali būti visiškai pašalinti, todėl plieno matricoje lieka tam tikras likutinio vandenilio kiekis.

Likęs vandenilis sumažina plieno grūdelių ribų sukibimo stiprumą ir padidina konstrukcijos trapumą. Vėlesnio terminio apdorojimo, šalto slėgio ir aptarnavimo apkrovos metu tai pagreitina mikroįtrūkimų atsiradimą ir plitimą bei žymiai padidina vandenilio trapumo lūžių riziką.

3. Vandenilio absorbcija iš išorės paslaugų aplinkos

Kai varžtai ilgai tarnauja drėgnoje, lietingoje ar korozinėje aplinkoje, varžto paviršiuje vyksta elektrocheminės reakcijos, kurias sukelia drėgmė ir ėsdinančios terpės. Šios reakcijos nuolat generuoja aktyvius vandenilio atomus, kurie prasiskverbia į varžto matricą.

Lietingoje, didelės drėgmės ir stipraus druskos rūko aplinkoje varžtai greičiau sugeria vandenilį ir kaupiasi daugiau vandenilio, todėl vandenilio trapumo tikimybė yra daug didesnė, palyginti su sausomis darbo sąlygomis.

4. Vandenilio sukeltas uždelstas trapus lūžis

Tai yra pagrindinis vandenilio trapumo gedimo būdas. Laisvas likutinis vandenilis varžto matricos viduje nuolat kaupiasi įtempių koncentracijos zonose, kartu veikiant liekamajam išankstinės apkrovos įtempiui ir kintamajai darbo apkrovai. Vandenilio sodrinimas labai sumažina medžiagos atsparumą lūžiams ir skatina lėtą būdingų mikroįtrūkimų plitimą, galiausiai sukeldamas uždelstą trapų lūžį be akivaizdžių simptomų prieš gedimą. Tai tipiškas mažo streso staigių gedimų režimas.

Vandenilio trapumo prevencijos priemonės

Vandenilio trapumasvaržtaidaugiausia priklauso nuo prevencijos. Faktiškai gaminant ir naudojant mažo jautrumo vandeniliui žaliavos turi būti parenkamos pagal varžtų stiprumo klases ir eksploatavimo sąlygas. Pagrindiniai procesai, tokie kaip terminis apdorojimas, marinavimas, fosfatavimas ir galvanizavimas, turėtų būti optimizuoti, kartu su griežtu dehidrogenavimo apdorojimu ir visa proceso kokybės kontrole. Išsamios prevencijos priemonės, apimančios žaliavų parinkimą, gamybą, paviršiaus apdorojimą, surinkimą ir veikimą, gali veiksmingai pašalinti vandenilio trapumo riziką.