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        表面處理對高強度緊固件機械性能的影響

        文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2017-02-13 16:32【

        從事緊固件技術工作多年,總是認為緊固件的機械性能與生產緊固件的材料、冷成型加工的參數設定和成型方式、熱處理工藝控制及熱處理工藝參數設定有關,錯誤地認為表面處理對緊固件的機械性能的影響不大,表面處理只是解決緊固件的外觀或抗腐蝕能力,延長緊固件使用壽命。而實際情況并非如此,采用表面處理的方法不合適或操作不符合工藝參數要求,直接影響到緊固件的機械性能,絕非局限于表面抗腐蝕能力或外觀。

        恒豐鉚釘產品包括:開口型抽芯鉚釘,封閉型抽芯鉚釘,單鼓型抽芯鉚釘,雙鼓型抽芯鉚釘,內鎖拉絲鉚釘,外鎖拉絲鉚釘,輕樂型抽芯鉚釘/海馬釘,防水型燈籠鉚釘等鉚槍和相關緊固件,可按客戶要求定制。

        1、 金屬防腐蝕的意義

        金屬受到環境因素的影響。借著化學或電化學反應所造成的的破壞性侵害,稱為腐蝕。

        幾乎所有的金屬制品,在一定的環境中,都會有若干形態的腐蝕現象,而緊固件是金屬制品,自然無法避免金屬腐蝕問題,其使用環境及時間不同時,腐蝕現象也有明顯差異。特別是沿海地區,大氣中的鹽分及濕度極高,又有許多污染性工業,如:鋼鐵、石化、火力發電等,加上今年來汽車大幅增加,排放的尾氣使空氣中充滿了腐蝕性的硫化物及微粒,這些都是造成金屬腐蝕的主要原因。

        金屬腐蝕會造成巨額的設備維護成本及嚴重的經濟損失,如因腐蝕而增加設計、制造、保養及維修費用,甚至發生災難性危害。緊固件的使用范圍廣,數量需求也非常大,其抗蝕能力的優劣決定其使用的耐久性,對設備的安全可靠性也有非常大的影響。因此,研究抗腐蝕對緊固件的機械性能的影響很有必要。

        2、 緊固件的機械性能

        汽車緊固件在整車成本中僅占1%,但是數量上則占整車零件數量的70%,汽車裝配工作量大部分是安裝緊固件。汽車的可靠性在相當大程度上與緊固件本身質量與裝配質量相關。費用低、用量大、作用重要是汽車緊固件的獨特之處。

        螺栓和螺母在整個工業技術領域是最實用的緊固組合,他們可以經受很高的工作負荷,也可以拆卸下來再加以利用。螺栓聯接是基于可拆卸聯接而創造的,可以用一組或多組螺栓連接兩個或多個零件。這樣,連接起來的部件都可以像一個兩件那樣運動或移動。螺栓聯接必須有能夠抵御外力的作用,使已被連接的零件不會移動,否則會造成螺栓接頭的松動、破壞甚至脫落。這就是為什么工程人員所設計的螺栓聯接在履行其功能的同時,必須經得住加給它的各種作用。用螺栓連接方式進行裝配,其任務是使被裝配的零件牢牢地緊固在一起,使外力不能將他們分離。因此,在設計螺栓連接時,直接作用在螺桿周圍的力要特別給予考慮,也就是說螺栓的機械性能好壞直接影響螺栓的聯接性能。

        3、 金屬防腐機理

        表面防腐處理是指能運用各種方法在金屬表面施加保護層,其作用是將金屬與腐蝕性的環境隔離,以抑制腐蝕的產生,或減少腐蝕介質與金屬表面的接觸,而達到防止或減輕腐蝕的目的。保護層應該要符合下述要求:1、耐蝕、抗磨、高硬度;2、結構緊密、完整、空隙??;3、與基體金屬結合牢固、粘結力好;4、均勻分布且有一定厚度。保護層通常分為金屬涂層和非金屬涂層兩類,金屬涂層是指耐腐蝕性較強的金屬在容易腐蝕的金屬表面形成保護層,這種涂層又叫鍍層。產生金屬鍍層的方法和種類很多,最常用的是電鍍,其次是熔融金屬浸鍍法(熱浸鋅)及化學表面處理。

        非金屬涂層是指用有機高分子材料如特氟龍,及無機材料如陶瓷,在金屬表面上形成保護層。該保護層能將基體金屬與環境介質完全隔離,防止金屬基體因接觸其它介質造成腐蝕。

        電鍍是指在含有欲鍍金屬離子的溶液中,以被鍍的材料或物品為陰極,通過電解作用,即可在基體表面上獲得鍍層。在電解過程中,電極和電解液之間接口上發生化學反應,陽極釋放電子發生氧化反應,陰極吸收電子發生還原反應。電鍍可為材料或物品覆蓋一層較為均勻及具有良好結合力的鍍層,以改變其表面特性及外觀,達到對材料的保護或裝飾的目的,電鍍時需要使用直流電(低電壓、大電流),并能適當控制電流密度及通電時間以獲得需要的鍍層厚度。

        緊固件鍍鋅,因鋅與其它電鍍用金屬相比,價格低廉,且鋅的耐蝕性在大多數情況下遠遠優于鋼鐵,鍍鋅層能保護在不連續部分、小孔、破裂及切邊處露出的鋼鐵。所以,一般的緊固件或易遭受大氣腐蝕作用的緊固件大都采用鍍鋅處理。緊固件不像板材或棒材那樣形狀變化或表面光滑,因此鍍鋅層的厚度在各部位難得均勻,常常出現頭部最厚、螺紋牙頂及牙側其次、螺紋牙谷最薄。

        4、 表面處理對機械性能的影響

        生產高強度緊固件的工藝包括:線材的球化退火、酸洗、磷化和皂化、緊固件成型、預清洗、奧氏體化、淬火、中間清洗、回火、表面處理(如電鍍)和對于除氫的再回火處理等。雖然在氮氣和天然氣保護氣氛中進行球化,退火處理期間仍然會吸收氫氣,而在酸洗和磷化期間也會增加吸收氫氣。如果緊固件不清潔,在后續的熱處理中就會產生進一步的氫脆。

        在進行后續熱處理之前,緊固件的表面一定要清潔,做到沒有任何非金屬污染物,這一點非常重要,如果在緊固件表面殘留有潤滑劑的磷和硫,它們就會擴散到基體中,并形成三角鐵素體,進而增加氫的吸收并引起脆裂?;谶@一點,熱處理之前的預清洗是非常重要的。

        預清洗工藝是由去油、去鱗、沖洗和干燥工序組成的。如果緊固件消除不了鱗,可能導致后續熱處理的脆裂。

        緊固件的淬火和回火通常是在用丙烷濃化了吸熱反應的保護氣氛中進行的,氮氣和甲醇的混合物在爐內裂解也用作一種保護氣氛。在保護氣氛中氫,根據運載氣體的成分,在31%~67%之間變化。氫分子滲入緊固件表面,并在奧氏體溫度下被溶解掉。在基體里的氫的可溶度比在高溫下高6倍,因此,在淬火以后,在緊固件內部發現氫的含量高,在溫度超過300℃回火時,氫就會滲進基體里。

        表面處理通常是電鍍、涂層或磷化等,所有的表面處理有一個共同的前提是必須去除黑色層,或者說緊固件表面有金屬光亮,為了獲得金屬光的表面,又必須對零件進行酸洗處理。

        酸洗是在稀鹽酸中進行的,把緊固件放在熱鹽酸里攪動浸泡10~15分鐘,可以這樣認為:從酸洗處理到表面處理(如電鍍)期間,大部分都會有氫浸入到緊固件表面。為了避免或者降低延遲氫導致的斷裂危險,在電鍍表面處理之后,對緊固件進行連續熱處理,這種再退火工藝是在溫度200℃左右進行的,處理的時間很大程度上取決于在酸洗處理期間吸收氫的數量和施加在緊固件表面涂層的滲透率。緊固件再退火處理的唯一目的是加速氫的滲出。

        緊固件除油、鍍前酸洗及電鍍過程中所產生的的原子態氫很容易被基體金屬吸附,并進入金屬內部。高強度緊固件因此而形成氫脆隱患。當氫原子進入鋼基體后,在應力作用下,會引起韌性和承載力的降低,發生斷裂或者突然脆性失效。有這種現象的產品,通過常規拉力試驗檢查不出其韌性降低,這就是由氫脆引起的延遲脆性失效或氫應力斷裂。為了減少緊固件電鍍后的氫脆敏感性,凡抗拉強度≥1050Mpade鋼制緊固件,電鍍后都應在4小時內進行除氫處理。

        氧化處理是將鋼鐵浸于含氧化劑的堿性溶液中,例如硝酸鉀或硝酸鈉和氫氧化鈉的溶液中,并保持沸點為140℃左右,或將鋼件浸于硝酸鈉級硝酸鉀的熔鹽中,取出后淬于水中,在其表面可得到一層黑色氧化物即氧化鐵膜,其成分為氧化亞鐵與氧化鐵的混合物,是提高鋼鐵防腐能力的一種簡便又經濟的方法。鋼鐵氧化膜的厚度極薄,氧化處理過程中溶液的氧化劑濃度越高,生成氧化膜的速度也越快,而且膜層致密、牢固。溶液中堿的濃度適當增加,獲得氧化膜的厚度增大,堿的含量過低,氧化膜就會薄而脆弱。溶液的溫度適當升高,可以提高氧化致密度。工件含碳量越高,越容易氧化,氧化時間越短。氧化處理時間主要根據鋼件的含碳量和工件氧化要求來調整。調整時間的長短和氧化液的濃度高低直接影響產品性能??估瓘姸雀哂?000Mpade的高強度螺栓可能發生堿脆,導致黑色氧化過程中在內部或外部應力作用下自發開裂,即帶有殘余應力的10.9級以上高強度緊固件在堿液中進行化學氧化易引起“堿脆”,導致緊固件性能得不到正常發揮。

        5、 結論

        1、 高強度緊固件在選擇電鍍表面處理時,應在技術文檔中規定并注明電鍍之后、鉻酸鹽鈍化之前(4小時之內)及時進行去氫處理。當去氫處理不徹底或與熱處理回火脆性重迭時,導致高強度緊固件功能喪失,后果非常嚴重。

        2、 10.9級以上高強度緊固件禁止在堿性溶液中進行表面氧化處理,否則,發生“堿脆”開裂,導致緊固件性能得到正常發揮,造成致命缺陷。

        恒豐鉚釘專注于不銹鋼抽芯鉚釘的制造、研發。恒豐鉚釘產品包括:不銹鋼開口型抽芯鉚釘,封閉型抽芯鉚釘,內鎖拉絲鉚釘,外鎖拉絲鉚釘,單鼓型鉚釘,雙鼓型鉚釘,燈籠鉚釘,海馬釘,氣動鉚槍和相關緊固件。

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