การวิเคราะห์สาเหตุการแตกหักของไฮโดรเจนเอ็มบริทเทิลของสลักเกลียวโลหะผสมเหล็ก

การเปราะของไฮโดรเจนเป็นรูปแบบความล้มเหลวเปราะทั่วไปของเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง อะตอมไฮโดรเจนอิสระที่เจาะเข้าไปในเมทริกซ์เหล็กจะสะสมที่ข้อบกพร่องภายใน ขอบเขตของเกรน และบริเวณความเข้มข้นของความเครียด ทำให้เกิดความเครียดภายในเฉพาะจุดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อความเครียดเข้มข้นที่เกิดจากไฮโดรเจนเกินขีดจำกัดความแข็งแกร่งเฉพาะที่ของเหล็ก รอยแตกขนาดเล็กที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะเกิดขึ้นภายในวัสดุ หลังจากการขึ้นรูปโบลต์และการบริการ ภายใต้ผลกระทบจากการเชื่อมต่อของความเค้นตกค้างภายในและความเค้นในการทำงานภายนอก รอยแตกขนาดเล็กเหล่านี้ยังคงแพร่กระจายและนำไปสู่การแตกหักที่เปราะอย่างกะทันหันในที่สุด

การแตกตัวของไฮโดรเจนไม่สามารถย้อนกลับได้ สามารถป้องกันได้โดยการควบคุมกระบวนการและสภาพการทำงานเท่านั้น แทนที่จะกำจัดทิ้งโดยการบำบัดภายหลัง ดังนั้นความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับปัจจัยที่กระตุ้นให้เกิดการแตกหักของไฮโดรเจนที่เกิดการแตกหักจึงเป็นสิ่งสำคัญในการหลีกเลี่ยงความล้มเหลวดังกล่าวโดยพื้นฐาน สาเหตุหลักของการเปราะของไฮโดรเจนในสลักเกลียวเหล็กอัลลอยด์ ได้แก่ การแทรกซึมของไฮโดรเจนในระหว่างการดอง ไฮโดรเจนที่ตกค้างระหว่างการถลุง การดูดซับไฮโดรเจนจากสภาพแวดล้อมการบริการ และการแตกหักที่เปราะล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจน

1. การแทรกซึมของไฮโดรเจนในระหว่างกระบวนการดอง

ขั้นตอนการบำบัดล่วงหน้า ได้แก่ การดอง ฟอสเฟต การสะพอนิฟิเคชัน และการชุบด้วยไฟฟ้า เป็นสาเหตุหลักของการบุกรุกของไฮโดรเจนในระหว่างการผลิตสลักเกลียว ในกระบวนการเหล่านี้ การดองและฟอสเฟตทำให้เกิดวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและพฤติกรรมการซึมผ่านของไฮโดรเจนที่สำคัญที่สุด ในระหว่างการบำบัดด้วยฟอสเฟต ตัวกลางที่เป็นกรดจะสร้างเซลล์กัลวานิกขนาดเล็กจำนวนมากระหว่างโครงสร้างเหล็กและคาร์บอนในเหล็ก ฟิล์มฟอสเฟตหนาแน่นก่อตัวบนพื้นผิวชิ้นงานที่ขั้วบวก ในขณะที่ปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจนอย่างรุนแรงเกิดขึ้นที่แคโทด ทำให้เกิดอะตอมไฮโดรเจนที่แอคทีฟจำนวนมาก

อะตอมไฮโดรเจนที่สร้างขึ้นใหม่มีปริมาตรน้อยและมีฤทธิ์สูง ช่วยให้พวกมันเจาะพื้นผิวเหล็กและคงอยู่ภายในเมทริกซ์ได้อย่างง่ายดาย การแทรกซึมของไฮโดรเจนในกระบวนการในระหว่างการผลิตเป็นสาเหตุหลักของการแตกหักของไฮโดรเจนสลักเกลียวเหล็กโลหะผสม.

2. การกำจัดไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ระหว่างการหลอม

ในระหว่างการถลุงโลหะผสมเหล็ก วัตถุดิบ ก๊าซเตาหลอม และสารหล่อเย็นจะนำไฮโดรเจนปริมาณเล็กน้อยมาใช้ อะตอมไฮโดรเจนในเหล็กหลอมเหลวถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิการถลุง สภาพแวดล้อมของเตาเผา กระบวนการกำจัดก๊าซ และการควบคุมกระบวนการ ไม่สามารถกำจัดอะตอมของไฮโดรเจนในเหล็กหลอมเหลวออกได้หมด เหลือไฮโดรเจนที่ตกค้างอยู่ในเมทริกซ์เหล็กจำนวนหนึ่ง

ไฮโดรเจนที่ตกค้างจะลดความแข็งแรงในการยึดเกาะของขอบเขตลายเหล็ก และเพิ่มความเปราะบางของโครงสร้าง ในระหว่างการบำบัดความร้อน การมุ่งหน้าเย็น และการโหลดบริการในเวลาต่อมา จะช่วยเร่งการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็ก และเพิ่มความเสี่ยงของการแตกหักของไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ

3. การดูดซับไฮโดรเจนจากสภาพแวดล้อมการบริการภายนอก

เมื่อโบลต์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ฝนตก หรือกัดกร่อนในระยะยาว ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวโบลต์ที่ถูกกระตุ้นโดยความชื้นและตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ปฏิกิริยาเหล่านี้จะสร้างอะตอมไฮโดรเจนที่แอคทีฟอย่างต่อเนื่องซึ่งจะทะลุเข้าไปในเมทริกซ์โบลต์

ในสภาพแวดล้อมที่มีฝนตก มีความชื้นสูง และมีหมอกเกลือหนา โบลต์จะดูดซับไฮโดรเจนในอัตราที่เร็วกว่าโดยมีการสะสมของไฮโดรเจนสูงกว่า ส่งผลให้มีความน่าจะเป็นที่สูงกว่ามากที่ไฮโดรเจนจะแตกหักเมื่อเปรียบเทียบกับสภาพการทำงานที่แห้ง

4. การแตกหักแบบเปราะที่ล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจน

นี่คือโหมดความล้มเหลวหลักของการแตกตัวของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนที่ตกค้างอิสระภายในเมทริกซ์โบลต์จะสะสมอย่างต่อเนื่องที่โซนความเข้มข้นของความเค้นภายใต้การกระทำร่วมกันของความเค้นพรีโหลดที่ตกค้างและโหลดการทำงานแบบสลับกัน การเพิ่มสมรรถนะของไฮโดรเจนช่วยลดความเหนียวของการแตกหักของวัสดุได้อย่างมาก และส่งเสริมการแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็กตามธรรมชาติอย่างช้าๆ ในที่สุดก็ทำให้เกิดการแตกหักแบบเปราะล่าช้าโดยไม่มีอาการก่อนเกิดความล้มเหลวที่ชัดเจน เป็นโหมดความล้มเหลวกะทันหันที่มีความเครียดต่ำโดยทั่วไป

มาตรการป้องกันการเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน

การแตกตัวของไฮโดรเจนของสลักเกลียวอาศัยการป้องกันเป็นหลัก ในการผลิตและการใช้งานจริง จะต้องเลือกวัตถุดิบที่มีความไวต่อไฮโดรเจนต่ำตามเกรดความแข็งแรงของสลักเกลียวและเงื่อนไขการบริการ กระบวนการสำคัญ เช่น การอบชุบด้วยความร้อน การดอง ฟอสเฟต และการชุบด้วยไฟฟ้า ควรได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม ควบคู่ไปกับการบำบัดด้วยดีไฮโดรจีเนชันที่เข้มงวด และการควบคุมคุณภาพทุกกระบวนการ มาตรการป้องกันที่ครอบคลุมซึ่งครอบคลุมถึงการเลือกวัตถุดิบ การผลิต การรักษาพื้นผิว การประกอบ และการใช้งาน สามารถลดความเสี่ยงจากการเกิดการเปราะของไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ