تجزیه و تحلیل علت شکستگی تردی هیدروژنی پیچ و مهره های فولادی آلیاژی

تردی هیدروژنی یک حالت شکست شکننده معمولی فولاد با مقاومت بالا است. اتم‌های هیدروژن آزاد که به درون ماتریس فولاد نفوذ می‌کنند در عیوب داخلی، مرز دانه‌ها و مناطق تمرکز تنش تجمع می‌یابند و باعث افزایش شدید تنش داخلی محلی می‌شوند. هنگامی که تنش متمرکز ناشی از هیدروژن از حد مقاومت موضعی فولاد فراتر رود، ریزترک‌های برگشت‌ناپذیر در داخل ماده ایجاد می‌شوند. پس از شکل‌دهی و سرویس پیچ، تحت اثر کوپلینگ تنش پسماند داخلی و تنش کاری خارجی، این ریزترک‌ها به گسترش خود ادامه می‌دهند و در نهایت منجر به شکستگی شکننده ناگهانی می‌شوند.

شکنندگی هیدروژن برگشت ناپذیر است. فقط از طریق کنترل فرآیند و شرایط کاری قابل پیشگیری است نه اینکه با درمان پس از درمان از بین برود. بنابراین، درک روشنی از عوامل القای شکست تردی هیدروژنی برای جلوگیری اساسی از چنین شکست‌هایی ضروری است. دلایل اصلی شکنندگی هیدروژن در پیچ‌های فولادی آلیاژی شامل نفوذ هیدروژن در حین ترشی، هیدروژن باقی‌مانده در حین ذوب، جذب هیدروژن از محیط‌های خدماتی و شکست ترد تاخیری ناشی از هیدروژن است.

1. نفوذ هیدروژن در طی فرآیندهای ترشی

روش های پیش تصفیه از جمله ترشی، فسفاته کردن، صابون سازی و آبکاری الکتریکی منابع اصلی نفوذ هیدروژن در طول تولید پیچ ​​و مهره هستند. در میان این فرآیندها، ترشی و فسفاته کردن مهم ترین تکامل هیدروژن و رفتار نفوذ هیدروژن را نشان می دهد. در طی عملیات فسفاته کردن، محیط اسیدی سلول های میکروگالوانیکی متعددی را بین ساختارهای آهن و کربن در فولاد تشکیل می دهد. یک فیلم فسفات متراکم روی سطح قطعه کار در آند تشکیل می‌شود، در حالی که واکنش‌های شدید تکامل هیدروژن در کاتد رخ می‌دهد و تعداد زیادی اتم هیدروژن فعال تولید می‌کند.

اتم های هیدروژن تازه تولید شده دارای حجم کم و فعالیت زیاد هستند که به آنها امکان می دهد به راحتی به سطح فولاد نفوذ کرده و در داخل ماتریس باقی بمانند. نفوذ هیدروژن فرآیندی در طول تولید، علت اصلی شکستگی تردی هیدروژن درپیچ و مهره های فولادی آلیاژی.

2. حذف ناقص هیدروژن در حین ذوب

در طی ذوب فولاد آلیاژی، هیدروژن کمیاب توسط مواد خام، گاز کوره و محیط های خنک کننده وارد می شود. محدود به دمای ذوب، محیط کوره، فرآیندهای گاززدایی و کنترل فرآیند، اتم های هیدروژن در فولاد مذاب نمی توانند به طور کامل حذف شوند و مقدار معینی از هیدروژن باقیمانده در زمینه فولاد باقی می ماند.

هیدروژن باقیمانده استحکام پیوند مرزهای دانه فولاد را کاهش می دهد و شکنندگی ساختار را افزایش می دهد. در طی عملیات حرارتی بعدی، سردرد و بارگذاری سرویس، شروع و انتشار ریزترک ها را تسریع می کند و به طور قابل توجهی خطر شکستگی تردی هیدروژن را افزایش می دهد.

3. جذب هیدروژن از محیط های خدمات خارجی

هنگامی که پیچ‌ها در محیط‌های مرطوب، بارانی یا خورنده طولانی‌مدت کار می‌کنند، واکنش‌های الکتروشیمیایی روی سطح پیچ‌ها که توسط رطوبت و محیط‌های خورنده ایجاد می‌شود، رخ می‌دهد. این واکنش ها به طور مداوم اتم های هیدروژن فعال تولید می کنند که به ماتریس پیچ نفوذ می کنند.

در محیط های بارانی، با رطوبت بالا و مه نمک شدید، پیچ و مهره ها هیدروژن را با سرعت بیشتری با تجمع هیدروژن بیشتر جذب می کنند و در نتیجه احتمال شکستگی تردی هیدروژنی در مقایسه با شرایط کار خشک بسیار بیشتر است.

4. شکستگی شکننده تاخیری ناشی از هیدروژن

این حالت شکست هسته ای تردی هیدروژنی است. هیدروژن باقیمانده آزاد در داخل ماتریس پیچ به طور مداوم در مناطق غلظت تنش تحت اثر ترکیبی تنش پیش بار باقیمانده و بار عملیاتی متناوب تجمع می یابد. غنی‌سازی هیدروژن چقرمگی شکست مواد را تا حد زیادی کاهش می‌دهد و انتشار آهسته ریزترک‌های ذاتی را ترویج می‌کند و در نهایت باعث شکستگی شکننده تاخیری بدون علائم پیش از شکست آشکار می‌شود. این یک حالت شکست ناگهانی معمولی با استرس کم است.

اقدامات پیشگیری از تردی هیدروژن

تردی هیدروژنیپیچ و مهرهعمدتاً بر پیشگیری متکی است. در تولید و کاربرد واقعی، مواد خام با حساسیت کم هیدروژن باید بر اساس درجه های مقاومت پیچ و شرایط خدمات انتخاب شوند. فرآیندهای کلیدی مانند عملیات حرارتی، ترشی، فسفاته کردن و آبکاری الکتریکی باید بهینه شوند، همراه با عملیات هیدروژن زدایی دقیق و کنترل کیفیت کامل فرآیند. اقدامات پیشگیرانه جامع شامل انتخاب مواد خام، ساخت، تصفیه سطح، مونتاژ و بهره برداری می تواند به طور موثر خطرات شکنندگی هیدروژن را از بین ببرد.