Analiza uzroka loma vijaka od legiranog čelika zbog vodonične krtosti

Krtost vodikom je tipičan način krtog loma čelika visoke čvrstoće. Slobodni atomi vodika koji prodiru u čeličnu matricu akumuliraju se na unutarnjim defektima, granicama zrna i područjima koncentracije naprezanja, uzrokujući naglo povećanje lokalnog unutrašnjeg naprezanja. Kada koncentrirani napon izazvan vodikom premašuje lokalnu granicu čvrstoće čelika, unutar materijala pokreću nepovratne mikropukotine. Nakon oblikovanja vijaka i servisiranja, pod efektom spajanja unutrašnjeg zaostalog naprezanja i vanjskog radnog naprezanja, ove mikropukotine nastavljaju da se šire i na kraju dovode do iznenadnog krtog loma.

Vodikova krtost je nepovratna. Može se spriječiti samo kroz kontrolu procesa i radnih uvjeta, a ne eliminirati naknadnom obradom. Stoga je jasno razumijevanje faktora koji izazivaju loma vodikovog krtljenja od suštinskog značaja da bi se u osnovi izbjegli takvi kvarovi. Glavni uzroci vodonične krtosti u vijcima od legiranog čelika uključuju prodiranje vodika tokom kiseljenja, rezidualni vodonik tokom topljenja, apsorpciju vodonika iz radnog okruženja i odloženo krto lomljenje izazvano vodonikom.

1. Prodor vodonika tokom procesa kiseljenja

Postupci prethodnog tretmana uključujući kiseljenje, fosfatiranje, saponifikaciju i galvanizaciju su glavni izvori prodora vodonika tokom proizvodnje vijaka. Među ovim procesima, kiseljenje i fosfatiranje predstavljaju najznačajniju evoluciju vodika i ponašanje pri prodiranju vodika. Tokom fosfatiranja, kiseli medij formira brojne mikrogalvanske ćelije između željeznih i ugljičnih struktura u čeliku. Gusti fosfatni film se formira na površini radnog komada na anodi, dok se na katodi dešavaju teške reakcije evolucije vodika, stvarajući veliki broj aktivnih atoma vodika.

Novogenerisani atomi vodika imaju malu zapreminu i visoku aktivnost, što im omogućava da lako prodru u površinu čelika i ostanu unutar matrice. Prodiranje procesnog vodonika tokom proizvodnje primarni je uzrok loma vodonične krtostivijci od legiranog čelika.

2. Nepotpuno uklanjanje vodonika tokom topljenja

Tokom topljenja legiranog čelika, vodonik u tragovima se unosi sirovinama, pećnim plinom i rashladnim medijem. Ograničeni temperaturom topljenja, okruženjem u peći, procesima otplinjavanja i kontrolom procesa, atomi vodika iz rastaljenog čelika ne mogu se u potpunosti ukloniti, ostavljajući određenu količinu zaostalog vodika u čeličnoj matrici.

Preostali vodonik smanjuje čvrstoću vezivanja granica zrna čelika i povećava strukturnu lomljivost. Prilikom naknadne termičke obrade, hladnog pada i radnog opterećenja, ubrzava nastanak i širenje mikropukotina i značajno povećava rizik od loma vodonične krtosti.

3. Apsorpcija vodonika iz vanjskih servisnih okruženja

Kada zavrtnji služe u dugotrajnim vlažnim, kišnim ili korozivnim okruženjima, na površini vijka dolazi do elektrohemijskih reakcija izazvanih vlagom i korozivnim medijem. Ove reakcije kontinuirano stvaraju aktivne atome vodika koji prodiru u matricu vijka.

U okruženjima s kišom, visokom vlažnošću i jakom slanom maglom, vijci apsorbiraju vodonik bržom brzinom s većom akumulacijom vodonika, što rezultira mnogo većom vjerovatnoćom loma vodoničnog krtljenja u poređenju sa suvim radnim uslovima.

4. Odgođena krhka fraktura izazvana vodonikom

Ovo je glavni način kvara vodonične krtosti. Slobodni preostali vodik unutar matrice vijaka kontinuirano se akumulira u zonama koncentracije naprezanja pod kombinovanim djelovanjem zaostalog predopterećenja i naizmjeničnog radnog opterećenja. Obogaćivanje vodonikom uvelike smanjuje otpornost materijala na lom i pospješuje sporo širenje inherentnih mikropukotina, što na kraju uzrokuje odgođeni lomljivi lom bez očiglednih simptoma prije kvara. To je tipičan način iznenadnog kvara sa niskim stresom.

Mjere prevencije vodonične krtosti

Vodikova krhkostvijcioslanja se uglavnom na prevenciju. U stvarnoj proizvodnji i primjeni, sirovine niske osjetljivosti na vodonik će biti odabrane prema stepenu čvrstoće vijaka i uvjetima rada. Ključni procesi kao što su termička obrada, kiseljenje, fosfatiranje i galvanizacija trebaju biti optimizirani, praćeni striktnim tretmanom dehidrogenacije i kontrolom kvalitete cijelog procesa. Sveobuhvatne mjere prevencije koje pokrivaju izbor sirovina, proizvodnju, površinsku obradu, montažu i rad mogu efikasno eliminisati rizik od vodonične krtosti.