Содержание статьи
- Определение водородного охрупчивания
- Механизм охрупчивания под воздействием водорода
- Виды водородного охрупчивания
- Какие изделия наиболее подвержены водородному охрупчиванию?
- Риск водородного растрескивания высокпрочного крепежа при гальванической оцинковке
- Способы избежать водородного охрупчивания при гальванической оцинковке
- Разбор темы водородного охрупчивания в видео
- Заключение. Как избежать покупки некачественного крепежа?
- Где купить качественный высокопрочный и оцинкованный крепеж?
Определение водородного охрупчивания
Любое повреждение крепежа несет убытки, которые наиболее страшны, когда от надежности креплений зависят жизни людей. Одной из причин внезапного разрушения крепежа может быть водородное охрупчивание.
Водородное охрупчивание — это снижение пластичности и разрушение металла из-за введения в него и последующей диффузии водорода. Данный процесс делает металлы хрупкими из-за воздействия водорода.
Механизм охрупчивания под воздействием водорода
Водород – это самый распространенный химический элемент во Вселенной. А химический элемент железо составляет основу всех сплавов углеродистых сталей. При этом радиус атома водорода составляет 53 пм (1 пм = 10−12 м), в то время как радиус атома железа – 126 пм, т.е. почти в 2,5 раза больше. Водород с легкостью проникает в решетку сплавов железо-углерод.
В итоге свойства материала меняются, и он становится таким хрупким, что при нагрузках его разрушение происходит значительно раньше достижения предела текучести (подробнее о понятиях предел прочности и предел текучести читайте в данной статье). То есть, материалы, которые обычно довольно пластичны, начинают растрескиваться под напряжением.
Водородное охрупчивание обычно проявляется в виде единичных острых трещин. Этим оно отличается от коррозионного растрескивания, когда трещины обширно разветвляются под напряжением. При этом поначалу трещины от водородного охрупчивания могут быть настолько малы, что их трудно обнаружить. Именно поэтому водородное охрупчивание частенько называют невидимой смертью металлов.
Виды водородного охрупчивания
Существует несколько случаев подобного явления и, соответственно, несколько видов водородного растрескивания.
Водородное охрупчивание окружающей среды
Водородное охрупчивание окружающей среды — когда материал подвергается какой-либо нагрузке и при этом находится в водородной среде. При этом влияние водорода называется внешним.
В данном случае водород может внедряться из окружающей среды, в которой работает крепеж или другое металлическое изделие, причем, совсем не обязательно, чтобы воздействовал водород в чистом виде. Достаточно и других веществ, содержащих этот элемент, таких как: сероводород (H2S.), хлористый водород (HCl), бромистый водород (HBr). Для некоторых сплавов сероводород в этом отношении гораздо более опасен, чем водород в чистом виде.
При воздействии влаги положительно заряженный водород может выйти из молекул воды и притянуться к металлу. Тогда атомы водорода проникают в металл через области с высоким растягивающим напряжением, и далее водород взаимодействует с атомами железа, ослабляя при этом металл и делая его более хрупким.
Внутреннее водородное охрупчивание
Внутреннее воздействие водорода случается, когда остаточный водород, выделяющийся в результате закалки и обработки, случайно проникает в чувствительные металлы и делает их хрупкими. Такой процесс называется внутренним водородным охрупчиванием. Это явление было впервые обнаружено в конце 1800-х годов. Часто оно возникает при травлении, нанесении гальванических покрытий, фосфатировании, термической обработке, сварке, литье и затвердевании в литейном цеху.
Реакционное водородное охрупчивание
Реакционным водородным охрупчиванием называется такая форма повреждения, когда водород вступает в реакцию с само́й металлической решеткой и образует гидрид металла при относительно низких температурах. Гидриды образуют такие металлы, как титан, цирконий, ниобий и некоторые другие.
Сочетание типов влияния водорода
В конструкционных сплавах на основе железа могут сработать сразу несколько типов влияния водорода. Существует специальная диаграмма, по которой можно понять, при сочетании каких условий какое водородное охрупчивание образуется. Например, на высокопрочную сталь под воздействием водородной среды при нагрузках будет сразу два водородных воздействия.
Какие изделия наиболее подвержены водородному охрупчиванию?
От влияния водорода чаще всего страдают следующие виды крепежа и металлических изделий:
- Изделия из высокопрочных сталей, а также сплавов титана и никеля.
- Изделия в средах, в которых они подвергаются воздействию высоких уровней водорода, в том числе: катодная защита, фосфатирование, гальваническая оцинковка, дуговая сварка.
- Детали и изделия, контактирующие с кислотой во время производства или эксплуатации.
- Крепеж, закаленный не менее чем до твердости 8.8.
Cплавы стойкие к водородному охрупчиванию
Незакаленные крепежные детали не подвержены водородной хрупкости. Так, крепеж низких классов прочности, шурупы и саморезы изготавливаются из низко- и среднеуглеродистых сталей. Для придания прочности их подвергают химико-термической обработке. А высокопрочный крепеж изготавливается из высокоуглеродистых сталей и упрочняется методом объемной закалки. Такие стали наиболее подвержены водородному охрупчиванию, поэтому крепеж с классом прочности выше 8.8 не рекомендуется оцинковывать гальваническим способом.
Риск водородного растрескивания высокопрочного крепежа при гальванической оцинковке
Для очистки от грязи, ржавчины и окалины перед цинкованием крепежные изделия обычно погружают в кислотные ванны, например, с соляной кислотой. Все кислоты состоят из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Во время этой очистки происходит реакция между железом и соляной кислотой, в результате чего выделяется молекула водорода. Так водород может проникнуть в структуру болтов, гаек и шпилек, если они закалены до высокой прочности.
Способы избежать водородного охрупчивания при гальванической оцинковке
Для удаления водорода, проникшего в структуру крепежа, болты и шпильки сразу же после цинкования должны выдерживаться при температуре 200-210°С в течение 5-8 часов. Подобный нагрев спустя несколько часов после цинкования будет уже бесполезным.
Однако этот способ не гарантирует удаления водорода на 100%. Поэтому болты, гайки и шпильки класса выше 8.8 все же не рекомендуется подвергать гальваническому цинкованию. Тем не менее, некоторые производители, не обладающие достаточными знаниями по этому вопросу, оцинковывают болты класса 10.9 или 12.9 и производят последующий отпуск не по правилам, не понимая, что подвергают пользователей большому риску.
Также существуют новаторские способы очистки крепежа перед цинкованием механическими методами вместо кислотных ванн. Это исключает водородное охрупчивание высокопрочного крепежа. Но такие способы запатентованы, применяются лишь единичными производителями, и подобный крепеж не встречается на российском рынке.
Подробный разбор темы водородного охрупчивания крепежа смотрите в видео «КМП-Трейд» на канале YouTube.
Заключение. Как избежать покупки некачественного крепежа?
Невооруженным глазом невозможно увидеть, подвергался ли оцинкованный крепеж температурному воздействию для снятия водородного охрупчивания. Это нельзя определить и в лаборатории при помощи измерения твердости или спектрального анализа. Некоторые подпольные производители для удешевления производства пропускают этот критически важный процесс. Поэтому более низкая цена за крепеж, чем средняя по рынку, должна настораживать.
На качественном производстве придерживаются четкой технологии для того, чтобы избежать этого опасного явления, и проводят испытания своей продукции. Поэтому всегда стоит покупать крепежные изделия от проверенных производителей.
Где купить качественный высокопрочный и оцинкованный крепеж?
Приобрести качественный высокопрочный и оцинкованный крепеж на условиях В2В, крупного опта приглашает компания-производитель «КМП-Трейд». Оперативная доставка по Москве, Санкт-Петербургу, во все регионы России. Уточнить характеристики, условия поставок можно по телефону компании 8-800-222-75-57 или отправить заявку по почте mail@kmp-trade.ru.