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弹簧氢脆断裂

弹簧氢脆断裂

  弹簧材料在加工制造过程中,以及在使用环境中受到氢的侵人,氢在弹簧材料中扩散并聚集,使弹簧材料的承载能力降低、塑性下降,材料脆化。经过一段时间后,弹簧在低于屈服强度的拉应力作用下突然发生断裂,把这种现象称为氢脆。

  

  乌氏体、珠光体钢中,合金含里大干3.5%的镍铬钢或镍铬铝钢在锻造、轧制、热处理、焊接过程经常出现氢脆白点。高强度钢、高强度合金表面处理:电镀、发兰、磷化、氧化也常有氢脆现象。

  

  钛合金在冶炼、热加工、酸洗及与其它碳氢化合物接触过程中可能渗入氢,因此钛合金容易产生氢脆。含硫油田管道、装油容器也容易出现氨脆。

  

  根据氢的来源不同,氢脆分为二大类,一类为内部氢脆,是由材料在高温锻造、轧制、焊接、热处理时吸收过量氢而造成。另一类为环境氢脆,它是由于弹簧材料在含氢环境中工作,在应力和氧气氛或其它含氢介质的共同作用下引起的脆性断裂。例如酸洗、腐蚀、电镀、离子轰击等。表7-1给出氢的来溯及示例,只有在氢侵入弹簧材料后才有可能产生氢脆。

  

  金属、特别是高强钢的氢脆通常为低应力延迟破坏。当应力低于门槛应力值7b时不发生断裂,见图7-1。当钢中裂纹前沿溶解的氢浓度达到临界值时,在应力与氢的共同作用下开裂。断裂扩展是断续式的、间歇时间为氨的聚集所消耗的时间,当裂纹长度达到临界值时,裂纹失稳扩展,材料迅速断裂。因此,氢脆断口一般由两个区域组成氢脆裂纹亚临界扩展区和瞬时断裂区。氢脆属于脆性断裂,断裂前没有预兆,无宏观塑性变形。

 

  酸洗工艺渗入弹簧表层的氢原子是导致弹簧发生延迟断裂的主要原因,其断裂方式是一种典型的氢脆断裂。在制造工艺上控制弹簧表层的拉应力水平以及控制或避免环境中氢原子的扩散渗入,把镀锌前除氢改为镀锌后除氢,能有效地避免弹簧氢脆断裂的发生。


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