緊固件表面淬火裂紋、扭矩超限和氫脆實現原因和改進措施

點擊數：18832021-10-14 09:37:51　

1、表面淬火裂紋

表面淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后室溫放置過程中產生的裂紋,后者又叫時效裂紋。在淬火過程中,當淬火產生的應力大于材料本身的強度并超過塑性變形極限時,便會導致裂紋產生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始后不久產生的,裂紋的分布沒有一定的規(guī)律,但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。在馬氏體轉變區(qū)冷卻過快而引起的淬火裂紋,往往是穿晶分布,而且裂紋較直,周圍沒有分支的小裂紋。

因淬火加熱溫度過高而引起的淬火裂紋,都是沿晶分布,裂紋尾端尖細,并呈現過熱特征,結構鋼中可觀察到粗針狀馬氏體,工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。表面脫碳的高碳鋼工件,淬火后更容易形成網狀裂紋,這是因為表面脫碳層在淬火冷卻時的體積膨脹比未脫碳的心部小,表面材料受心部膨脹的作用而被拉裂呈網狀。表面存在的淬火裂紋會引起螺栓的突然斷裂,而此類斷裂的斷裂源位于表面。

2、扭矩超限

扭矩報警常見發(fā)生在通過角度法控制扭矩的螺栓裝配過程中。

造成緊固件扭矩超限失效模式及原因有:

(1)在裝配完成后,零件的最終扭矩,高于控制上限或低于控制下限。原因為零件的裝配扭矩控制范圍不合理,表現為設定控制范圍過小、控制范圍往上或往下偏移。

(2)沒有預緊到預設角度,扭矩達到上限報警。原因是零件本身摩擦系數超上限,零件配合摩擦系數超上限,零件之間干涉,造成裝配扭矩急劇上升。

(3)正常安裝,扭矩下限報警。原因為零件本身摩擦系數超下限或零件配合摩擦系數超下限,零件擰入時貼合扭矩大于初始扭矩(也即擰入力矩消耗過大),常見于鎖緊螺母的擰緊。

3、氫脆

緊固件易出現氫脆的情況,氫脆是引起緊固件斷裂的主要原因。氫脆是氫原子進入并擴散到整個材料基體時的現象。氫原子進入材料基體時,材料基體產生晶格畸變,破壞了原來的平衡狀態(tài),受到外力很容易開裂。當外負荷施加到螺釘時,氫原子遷移到應力高度集中區(qū),造成晶體界邊緣之間極大的應力,導致緊固件晶體顆粒間破裂。當緊固件在安裝前就含有臨界狀態(tài)的氫時,它會在24h以內產生斷裂。當氫進入緊固件后不可能預測到什么時間會產生斷裂。

4、改進措施

4.1、防止表面淬火裂紋的措施:

(1)合理調整感應淬火器與工件間隙,嚴格按照工藝要求選用合適的中頻電源參數和淬火工藝參數,保證產品圓周升溫均勻,防止局部溫度過高,超過正常淬火溫度。

(2)改進淬火感應器結構,將感應器上端及尾端圓形截面結構改為矩形截面結構,降低端部及尾部感應器加熱速度,防止端部及尾部升溫較快,超出工藝控制溫度,發(fā)生過燒現象,從而產生裂紋。

(3)減少淬火結束過渡區(qū)域淬火感應器的導磁體的數量,適當減少該處的熱量。

(4)采用預熱一加熱一冷卻淬火方式,使產品加熱溫度均勻。

(5)適當延長中頻加熱后延時冷卻時間。

(6)實行自回火。嚴格按照工藝技術參數, 合理控制淬火冷卻液壓力、流量、溫度和冷卻時間,停止噴液后,利用工件余熱使硬化層溫度回升,從而進行自回火,以保持較高的表面硬度和良好的耐磨性,及時使淬火組織趨于穩(wěn)定,降低拉應力峰值。

4.2、扭矩制

扭矩控制法是先將螺栓擰到一個不大的扭矩,一般會是擰緊力矩的40%~60% (由工藝驗證后制定),再從此點開始,擰一個規(guī)定轉角的控制方法。這種方法是基于一定轉角,是螺栓產生一定軸向伸長及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上,并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素,而后面所需求的軸向夾緊力由轉角產生。在計算轉角之后,摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復存在,所以其精度比單純的扭矩控制法要高,扭矩控制法的要點就是測量轉角的起點,一旦這個轉角確定下來就可以獲得相當高擰緊精度。

4.3氫脆的防止措施

(1)正常電鍍,嚴格除氫。利用氫在金屬中的可逆性,對電鍍后的螺栓進行除氫處理,是減緩氫脆或者消除氫脆的重要方法。處理時,將電鍍后的鋼螺栓置于烘箱加熱。烘烤溫度約200°C左右,烘烤時間根據鋼的強度不同而不同,強度越高,烘烤的時間越長。螺栓材料中的氫在高溫下形成氫氣溢出,達到除氫目的。

(2)低氫脆電鍍。低氫脆電鍍是上世紀六七十年代針對飛機零件氫脆研究發(fā)展起來的工藝,包括低氫脆鍍鎘、低氫脆鍍鎘鈦、低氫脆鍍鋅等。低氫脆電鍍要求鍍前進行消除應力回火,不能用強酸進行酸洗,而是用噴砂去除氧化皮和表面污物,或者采用真空熱處理不產生氧化皮。在電鍍過程中,一方面調整鍍液配方,另一方面通過降低電壓,嚴格控制電流密度,減小氫粒子的吸附量。后續(xù)工序同樣要求嚴格烘烤除氫,除氫時間至少在18h以上。

文章來源：標準件網