氫脆問題
應(yīng)力易使鋼鐵零件產(chǎn)生裂紋,氫氣也能使鉻后工件產(chǎn)生氫脆,所以,鉻前除應(yīng)力與鉻后除氫十分關(guān)鍵。
1.鉻前除應(yīng)力
金屬工件的表狀況,對電鍍和其他表面處理的質(zhì)量是密切相關(guān)的。金屬工件要得到合乎質(zhì)量要求的表面覆蓋層,一定要對它進行認真的表面準備工作,這是保證整個工藝過程獲得良好的必要條件。鍍前處理工序,主要是除應(yīng)力、除油、浸蝕,但是其中以除應(yīng)力尤為重要。鋼鐵零件鍍前除應(yīng)力與零件表面處理的質(zhì)量是密切相關(guān)的,它既保證金屬鍍層具有夾帶、光滑的良好外觀及鍍層與基體金屬的牢固結(jié)合,又是保證整個工藝過程獲得良好效果的必要條件。但是達到最佳的效果,還要在生產(chǎn)實踐中經(jīng)過反復(fù)的科學(xué)試驗和論證,才能在實際生活中達到實用性、有效性。
以我們哈量集團生產(chǎn)的卡尺150測尺電鍍前后的實際情況為例,要經(jīng)過電鍍的金屬工件在成形或使用時,由于受模具、型腔裝配關(guān)系的限制,當其凝固受到限制外力作用或熱脹冷縮時,其變形不能有效形成內(nèi)應(yīng)力。鋼鐵材料在冶煉、鍛造成測尺的同時,金屬材料的內(nèi)部組織變形,使其內(nèi)部組織的金屬晶格點歪扭,由此產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,使金屬材料的韌性下降而變脆。
內(nèi)應(yīng)力是構(gòu)件內(nèi)部兩相鄰部分之間的相互作用力,構(gòu)件在受外力之前,內(nèi)部各兩相鄰質(zhì)點之間,已經(jīng)存在相互作用的內(nèi)應(yīng)力,使各質(zhì)點之間保持一定的相對位置,以保持構(gòu)件固有的形狀。構(gòu)件受到外力作用后產(chǎn)生變形,即構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點之間的相對位置發(fā)生變化,造成各相鄰質(zhì)點之間相互作用的內(nèi)力發(fā)生變化,這種內(nèi)力隨著外力增加而增加,當達到某種程度就會造成構(gòu)件的破壞,給工件造成隱患,使工件的力學(xué)性能受到很大削弱。嚴重時,即使不受外力作用,其物體本身各質(zhì)點之間依然存在著相互作用的內(nèi)應(yīng)力,在受熱、受壓等情況下,其內(nèi)部組織的晶格點發(fā)生改變,極易造成零件斷裂,以致不能使用。
如果零件鉻前不除應(yīng)力,那么它內(nèi)部存在的應(yīng)力極其容易使鉻層產(chǎn)生裂紋,甚至爆皮。以卡尺的尖角和鉆孔尤為嚴重,所以,工件在鍍前消除應(yīng)力是是非常重要的一序。除應(yīng)力的最佳溫度通過我廠對100件卡尺150測尺的試驗得出如表1數(shù)據(jù)。
表1 應(yīng)力溫度造成裂紋的情況
次數(shù) |
件數(shù) |
溫度/ºC |
裂紋數(shù) |
合格數(shù) |
1 |
100 |
220 |
10 |
90 |
2 |
100 |
230 |
7 |
93 |
3 |
100 |
235 |
4 |
98 |
4 |
100 |
240 |
0 |
100 |
5 |
100 |
245 |
2 |
99 |
6 |
100 |
250 |
5 |
95 |
通過上述試驗可以得出如下結(jié)論:溫度在(40±5)℃效果最佳,且保溫時間越長消除應(yīng)力的效果越好。經(jīng)我們反復(fù)試驗,保溫時間不得小于3h。
2.鉻后除氫
金屬工件在電鍍時,電解液中水分子發(fā)生電離,生成一定量的氫離子,在一定條件下,這些氫離子中的一部分在陰極上得到電子,還原成氫氣,與金屬同時在陰極上析出或附著在陰極表面上。另一部分則以原子狀態(tài)進入鍍層或基體金屬晶格點內(nèi),會造成基體金屬的鍍層質(zhì)量上的弊病,當原子氫入鍍層和基體金屬的晶格內(nèi),造成晶格歪扭、變形,由此產(chǎn)生了很大的內(nèi)應(yīng)力,使鍍層和基體金屬的韌性下降而變脆,這就是人們常說的氫脆、起泡和針孔。
氫脆有時會使工件脆裂或造成脫落,但在大多數(shù)情況下,氫脆在工件外表面上并不顯形,而給工件造成隱患,使工件的力學(xué)性能受到很大削弱,嚴重時,往往造成工件斷裂,以致不能使用。
不同金屬的吸氫程度不相同,最大的是鉻鍍層,吸氫量約為鍍層重量的0.45%。其次是鐵族金屬,吸氫量約為鍍層重量的0.1%,鋅的吸氫程度較小, 吸氫量約為鍍層重量的0.001%~0.01%,其他金屬的吸氫程度更小,甚至沒有。
不同金屬材料對氫脆的敏感是不同的,高強度鋼及彈性工件對氫脆最為敏感。因此,這些工件必須在鍍后進行驅(qū)氫處理。處理方法一般采用熱處理方法,即在烤箱或油槽中保持一定的溫度和時間,將氫從工件內(nèi)驅(qū)出。
以我廠150測尺為例(100件),進行除氫試驗,得出表2數(shù)據(jù)。
表2 除氫溫度造成裂紋情況
次數(shù) |
件數(shù) |
溫度/℃ |
氫脆數(shù) |
合格數(shù) |
1 |
100 |
185 |
20 |
80 |
2 |
100 |
190 |
18 |
88 |
3 |
100 |
195 |
4 |
96 |
4 |
100 |
200 |
1 |
99 |
5 |
100 |
205 |
2 |
98 |
6 |
100 |
210 |
10 |
90 |
通過試驗,金屬工件通過除氫處理后,不但防止了工件因氫脆引起的裂紋、斷裂、起泡和針孔等現(xiàn)象,同時也將工件進行了干燥處理,防止鍍層腐蝕產(chǎn)生水跡,產(chǎn)生了一舉兩得的效果。
由此我們可以得出以下結(jié)論:驅(qū)氫效果與處理的溫度和時間有關(guān)。在保證鍍層不氧化變色的情況下,溫度愈高,時間愈長,則驅(qū)氫越徹底。操作條件可以金屬工件的材料和鍍層的材料決定,一般溫度控制在180~200℃內(nèi),時間控制在2~4h內(nèi)。對不能加熱到180~200℃的焊錫件和滲碳工件,可用較低的驅(qū)氫溫度140~160℃,但時間必須適當延長。對銅及其銅合金工件可以不進行驅(qū)氫處理。但對我廠T10A的150測尺來說,溫度在(200±5)℃時,保溫2h,效果最佳。