Причины и меры по устранению поверхностных закалочных трещин, превышения крутящего момента и водородной хрупкости крепежных изделий

Крепежи представляют собой тип механических деталей, широко используемых для крепления соединений. Они широко применяются в различных отраслях промышленности, включая машины, оборудование, транспортные средства, железные дороги и другие области. Различные типы крепежных деталей можно увидеть повсюду, что делает их одними из наиболее широко используемых основных механических деталей. Они характеризуются широким разнообразием спецификаций, различными характеристиками и применением, а также очень высокой степенью стандартизации, сериализации и обобщения. Выход из строя крепежных элементов приведет к серьезным последствиям. Поэтому необходимо усилить анализ причин выхода из строя крепежных изделий и найти соответствующие меры по улучшению. В сочетании с соответствующими знаниями о крепежных изделиях детали делятся следующим образом:

1. Поверхностные закалочные трещины

Поверхностные закалочные трещины — это трещины, образовавшиеся в процессе закалки или во время хранения при комнатной температуре после закалки; последнюю еще называют трещинами старения. В процессе закалки, когда напряжение, возникающее при закалке, превышает прочность самого материала и превышает предел пластической деформации, образуются трещины. Закалочные трещины обычно возникают вскоре после начала мартенситного превращения. Распределение трещин не имеет фиксированной закономерности, но они, как правило, склонны к образованию на острых углах и резких изменениях сечения заготовки. Закалочные трещины, вызванные чрезмерной скоростью охлаждения в зоне мартенситного превращения, распространены преимущественно транскристаллитно, с прямыми трещинами и отсутствием мелких ответвлений вокруг них.

Закалочные трещины, вызванные чрезмерно высокой температурой закалочного нагрева, все имеют межкристаллитное распределение, имеют острые и тонкие концы трещин и характеристики перегрева; Крупный игольчатый мартенсит можно наблюдать в конструкционной стали, а в инструментальной стали - эвтектические или угловатые карбиды. Заготовки из высокоуглеродистой стали с обезуглероженной поверхностью после закалки чаще образуют сетчатые трещины. Это связано с тем, что объемное расширение поверхностного обезуглероженного слоя во время закалки и охлаждения меньше, чем у необезуглероженного сердечника, а поверхностный материал растягивается и растрескивается в результате расширения сердечника с образованием сетчатых трещин. Наличие поверхностных закалочных трещин приведет к внезапному разрушению болта, причем источник такого разрушения находится на поверхности.

2. Превышение крутящего момента

Сигнализация крутящего момента широко распространена в процессе сборки болта и использует метод угла для контроля крутящего момента.

Виды отказов и причины превышения предельного крутящего момента крепежа следующие:

(1) После сборки окончательный крутящий момент детали выше верхнего контрольного предела или ниже нижнего контрольного предела. Причина в необоснованности диапазона регулирования монтажного момента детали, что, в частности, проявляется в слишком малом заданном диапазоне регулирования или смещении диапазона регулирования вверх или вниз.

(2) Крутящий момент достигает верхнего предела и выдается сигнал перед предварительной затяжкой до заданного угла. Причина в том, что коэффициент трения самой детали превышает верхний предел, коэффициент трения посадки детали превышает верхний предел или имеется натяг между деталями, что приводит к резкому увеличению момента сборки.

(3) При нормальных условиях установки срабатывает сигнализация нижнего предела крутящего момента. Причина в том, что коэффициент трения самой детали превышает нижний предел или коэффициент трения посадки детали превышает нижний предел, а момент затяжки при ввинчивании детали превышает начальный момент (т. е. чрезмерный расход момента завинчивания), что часто встречается в процессе затяжки контргаек.

3. Водородное охрупчивание

Крепежные изделия склонны к водородному охрупчиванию, что является одной из основных причин разрушения крепежных изделий. Водородное охрупчивание — это явление, при котором атомы водорода проникают и диффундируют во всю матрицу материала. Когда атомы водорода попадают в матрицу материала, они вызывают искажение решетки матрицы материала, разрушают исходное состояние равновесия и делают материал склонным к растрескиванию под воздействием внешних сил. При приложении внешней нагрузки квинтАтомы водорода мигрируют в область высокой концентрации напряжений, создавая большие напряжения между краями границ кристалла, приводящие к межкристаллитному разрушению крепежа. Если перед установкой крепеж содержит водород в критическом состоянии, он обычно ломается в течение 24 часов; как только водород попадает в крепеж, время разрушения невозможно предсказать.

4. Меры по улучшению

4.1 Меры по предотвращению закалочных трещин на поверхности:

(1) Разумно отрегулируйте зазор между индукционной закалочной машиной и заготовкой, строго выберите соответствующие параметры источника питания промежуточной частоты и параметры процесса закалки в соответствии с требованиями процесса, обеспечьте равномерный окружной нагрев изделия и не допускайте превышения местной температуры нормальной температуры закалки.

(2) Улучшите конструкцию закалочного индуктора, измените круглую структуру поперечного сечения на верхнем конце и хвостовом конце индуктора на прямоугольную структуру поперечного сечения, уменьшите скорость нагрева индуктора на конце и хвосте и предотвратите слишком быстрый нагрев конца и хвоста, превышающий температуру управления процессом и вызывающий перегрев, тем самым создавая трещины.

(3) Уменьшите количество магнитопроводов закалочного индуктора в переходной зоне в конце закалки и соответствующим образом уменьшите подвод тепла в этой области.

Примените метод закалки «предварительный нагрев-охлаждение», чтобы обеспечить равномерную температуру нагрева продукта.

Соответствующим образом увеличьте время задержки охлаждения после нагрева промежуточной частоты.

Внедрить процесс самозакалки. Строго контролировать давление, расход, температуру и время охлаждения закалочного теплоносителя в соответствии с технологическими параметрами процесса; после прекращения распыления жидкости используйте остаточное тепло заготовки для повышения температуры закаленного слоя для самоотпускающей обработки, чтобы сохранить высокую твердость поверхности и хорошую износостойкость, вовремя стабилизировать закаленную структуру и уменьшить пиковое растягивающее напряжение.

4.2 Меры по улучшению управления крутящим моментом

Примите метод контроля угла крутящего момента: сначала завинтите болт с небольшим крутящим моментом (обычно 40–60% от момента затяжки, определяемого после проверки процесса), затем начните с этой точки крутящего момента и завинтите до указанного угла. Этот метод основан на определенном угле, заставляющем болт создавать определенное осевое удлинение и сжимать соединительную часть. Его цель состоит в том, чтобы привинтить болт к плотной контактной поверхности, преодолеть неравномерные факторы, такие как неровности поверхности, и последующее необходимое осевое усилие зажима создается углом. После определения угла влиянием сопротивления трения на осевую силу зажима можно пренебречь, поэтому его точность выше, чем у простого метода управления крутящим моментом. Ключом к методу управления крутящим моментом-углом является определение начальной точки угла; как только определена начальная точка угла, можно добиться высокой точности затяжки.

4.3 Меры по предотвращению водородного охрупчивания

(1) Стандартизировать процесс гальваники и строго соблюдать режим дегидрирования. Использование обратимости водорода в металлах для проведения дегидрирующей обработки гальванических болтов является важным методом уменьшения или устранения водородного охрупчивания. Во время лечения наложили гальваникустальные болтыв духовку для нагрева, температура выпечки составляет около 200 градусов, а время выпечки регулируется в зависимости от прочности стали: чем выше прочность, тем дольше время выпечки. Водород в материале болта образует газообразный водород и переливается при высокой температуре, достигая таким образом цели дегидрирования.

(2) Принять процесс гальванического покрытия с низким содержанием водорода. Гальваника с низким водородным охрупчиванием - это процесс, разработанный в 1960-х и 1970-х годах для исследования водородного охрупчивания деталей самолетов, включая кадмиевое покрытие с низким водородным охрупчиванием, кадмиево-титановое покрытие с низким водородным охрупчиванием, цинкование с низким водородным охрупчиванием и т. д. Гальваническое покрытие с низким водородным охрупчиванием требует отпуска для снятия напряжений перед не допускается гальваника и травление сильной кислотой; Для удаления оксидного налета и поверхностных загрязнений следует использовать пескоструйную очистку или использовать вакуумную термообработку, чтобы избежать образования оксидного налета. В процессе гальваники, с одной стороны, корректируйте формулу гальванического раствора, а с другой стороны, уменьшайте адсорбцию частиц водорода за счет снижения напряжения и строгого контроля плотности тока. В последующем процессе все равно необходимо строго осуществлять дегидрирование обжига, а время дегидрирования составляет не менее 18 часов.