汽车五金紧固件热处理增加氢脆风险
首先我们要知道,汽车五金紧固件调质热处理是在高温下进行的。为了减少热处理过程中表面氧化的生成,常常在加热中加入保护气氛。如果保护气氛中含有氧化合物(如甲醇裂解气体,Rx气体等),螺栓就有可能在热处理过程中吸氢,增加螺栓氢脆风险。
研究表明,实际使用的螺纹五金紧固件在自然环境下发生氢脆断裂的主要是淬火回火的马氏体系钢,发生在屈服强度>620Mpa,硬度>31HRC的高强度材料。抗拉强度越高,对氢脆越敏感,材料越容易吸氢,而不容易驱氢。[4]
为防止产生氢脆1000-1300Mpa高强度五金紧固件必须在电镀后规范驱氢工艺。驱氢是利用氢在金属中的可逆性,对氢敏感性材料进行驱氢处理。驱氢时,将电镀螺栓加热到一定温度并保持一段时间,使材料中氢聚集形成氢分子而逸出。驱氢不彻底是引起螺栓氢脆的重要原因之一。造成驱氢不彻底的原因有二,一个是镀后没有及时驱氢,二是驱氢时间过短。
一般认为,当强度达到1050Mpa以上才会发生氢脆断裂。GB/T5267.1《紧固件电镀层》规定,当心部或表明硬度>320HV时,应通过实验对氢脆进行检验,并要求进行驱氢。就是说,性能等级10.9级以上的电镀螺栓,都应该采用低氢工艺并驱氢。从近期国外资料看,汽车五金紧固件发生氢脆断裂的强度阈值可能会下降到1000Mpa。
金相组织对碳素钢、合金钢的氢敏感性影响很明显。回火马氏体,上贝氏体(粗),下贝氏体(细),索氏体,珠光体,奥氏体对氢的敏感性依次降低。回火马氏体对氢脆的敏感性最强,因此汽车五金紧固件在热处理时可通过调整热处理制度,减少回火马氏体组织的生成。比如,采用等温淬火就会使发生氢脆断裂的阈值提高100Mpa左右,这是因为等温淬火生成的下贝氏体组织对氢脆的敏感性比回火马氏体低。
另外,热处理的结果对电镀后的驱氢效果密切相关。淬火形成的残余应力对氢脆影响明显。残余(拉)应力消除得越充分,电镀后驱氢的效果就越好,螺栓氢脆断裂的阈值也就越高,这种效应对于超高强度钢螺栓等五金紧固件尤为明显。ISO9581《金属和其他无机覆盖层减少氢脆风险钢铁制品的预处理》就把消除残余应力处理作为减少氢脆风险的重要措施之一。
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