Tổ chức hydro là một mối quan tâm quan trọng trong việc sản xuất và áp dụng các ốc vít thép carbon cường độ cao, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp nơi độ tin cậy cơ học và hiệu suất lâu dài là rất cần thiết. Hiện tượng này đề cập đến việc mất độ dẻo và sự thất bại cuối cùng của kim loại do sự hiện diện và khuếch tán của các nguyên tử hydro trong cấu trúc tinh thể của nó. Hiểu làm thế nào xảy ra sự hấp thụ hydro, đặc biệt là trong các ốc vít bằng thép carbon, là điều cần thiết cho các nhà sản xuất, kỹ sư và các chuyên gia kiểm soát chất lượng để ngăn chặn những thất bại thảm khốc.
Sự hấp thụ hydro trong sức mạnh cao Vít thép carbon Nói chung liên quan đến ba giai đoạn chính: Giới thiệu hydro, khuếch tán hydro và bẫy, và sự chấp nhận tiếp theo dẫn đến thất bại chậm trễ. Giai đoạn ban đầu, xâm nhập hydro, có thể xảy ra trong nhiều điểm trong quá trình sản xuất. Các nguồn phổ biến bao gồm ngâm (làm sạch axit), mạ điện (đặc biệt là kẽm hoặc cadmium), phốt phát và thậm chí là phản ứng ăn mòn trong quá trình phục vụ. Khi một vít tiếp xúc với môi trường axit hoặc quá trình điện hóa, hydro nguyên tử được tạo ra trên bề mặt kim loại. Một số trong số các nguyên tử hydro này xâm nhập vào ma trận thép, đặc biệt là các thép có độ cứng hoặc độ bền kéo cao (thường là trên 1000 MPa).
Khi ở bên trong kim loại, các nguyên tử hydro có thể di chuyển và bị mắc kẹt ở các khiếm khuyết cấu trúc vi mô khác nhau như ranh giới hạt, trật khớp, vùi và khoảng trống. Trong các thép cường độ cao, có xu hướng có cấu trúc vi mô căng thẳng và nhạy cảm hơn do xử lý hợp kim và nhiệt, các không hoàn hảo của mạng tinh thể cung cấp các vị trí thuận lợi để tích lũy hydro. Theo thời gian, ngay cả một lượng nhỏ hydro bị mắc kẹt cũng có thể xây dựng các ứng suất bên trong làm ảnh hưởng đến sự gắn kết của kim loại, đặc biệt là dưới tải trọng kéo.
Cơ chế ôm ấp không chỉ đơn giản là do sự hiện diện của hydro, mà là cách nó tương tác với thép dưới căng thẳng. Một lý thuyết được chấp nhận rộng rãi là độ dẻo cục bộ tăng cường hydro (trợ giúp), trong đó hydro làm tăng tính di động của trật khớp ở các vùng cục bộ, dẫn đến sự khởi đầu và lan truyền vết nứt sớm. Một lý thuyết khác, được gọi là độ khử deco tăng cường hydro (HEDE), cho thấy rằng hydro làm suy yếu liên kết nguyên tử dọc theo ranh giới hạt, dẫn đến gãy giữa các hạt. Trong thực tế, cả hai cơ chế có thể hoạt động đồng thời tùy thuộc vào thành phần thép, cấu trúc vi mô và điều kiện dịch vụ.
Trong ứng dụng, sự hấp dẫn hydro thường biểu hiện là thất bại chậm trễ. Các ốc vít vượt qua tất cả các thử nghiệm cơ học sau khi sản xuất có thể thất bại đột ngột sau nhiều ngày hoặc nhiều tuần phục vụ, đặc biệt nếu chúng bị căng thẳng kéo. Bề mặt gãy thường cho thấy các đặc điểm giòn như sự phân tách hoặc nứt giữa các hạt, mặc dù vật liệu được dẻo trong điều kiện bình thường. Điều này làm cho sự hấp dẫn hydro đặc biệt nguy hiểm, vì những thất bại xảy ra mà không có cảnh báo và thường trong các tổ hợp quan trọng.
Để ngăn chặn sự hấp thụ hydro trong các ốc vít thép carbon cường độ cao, một số chiến lược thường được sử dụng. Đầu tiên là kiểm soát quá trình. Các nhà sản xuất phải giảm thiểu phơi nhiễm hydro trong quá trình xử lý bề mặt. Ví dụ, sử dụng làm sạch kiềm thay vì ngâm axit, và tránh mạ điện ở nơi có thể hoặc sử dụng các lựa chọn thay thế như mạ cơ học. Nếu cần mạ điện, một quá trình hậu kỳ quan trọng được gọi là nướng được tiến hành. Điều này liên quan đến việc làm nóng các ốc vít (thường ở 190 nhiệt230 ° C trong vài giờ) ngay sau khi mạ để cho phép hydro bị mắc kẹt khuếch tán trước khi nó gây ra thiệt hại.
Lựa chọn vật liệu là một phương pháp kiểm soát khác. Giảm hàm lượng carbon hoặc lựa chọn thép hợp kim với khả năng chống ôm tốt hơn có thể giúp ích, mặc dù điều này có thể liên quan đến sự đánh đổi về sức mạnh và chi phí. Ngoài ra, việc giảm độ bền kéo cuối cùng của các ốc vít hơi dưới ngưỡng ôm (thường được trích dẫn là ~ 1000 MPa) có thể làm giảm đáng kể tính nhạy cảm.
Trong dịch vụ, giảm căng thẳng và kiểm soát môi trường là chìa khóa. Tránh kích thước quá mức và sử dụng các thông số kỹ thuật mô-men xoắn thích hợp có thể hạn chế ứng suất kéo được áp dụng cho ốc vít. Lớp phủ bảo vệ, chẳng hạn như phương pháp điều trị kẽm-nickel hoặc phốt phát kết hợp với chất bịt kín, có thể che chắn ốc vít khỏi môi trường ăn mòn tạo ra hydro. Trong các ứng dụng rất quan trọng, các ốc vít đôi khi được chỉ định với các yếu tố an toàn tích hợp để giải thích cho các rủi ro nắm bắt tiềm năng.
Tính hydro trong các ốc vít thép carbon cường độ cao là một hiện tượng phức tạp nhưng được hiểu rõ liên quan đến việc xâm nhập hydro, bẫy và lan truyền vết nứt dưới căng thẳng. Sự xuất hiện của nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bao gồm thành phần thép, quy trình sản xuất, tiếp xúc với môi trường và căng thẳng dịch vụ. Thông qua kiểm soát quy trình nghiêm ngặt, lựa chọn vật liệu phù hợp và các giao thức sau điều trị như nướng, các nhà sản xuất có thể giảm đáng kể nguy cơ thất bại liên quan đến hydro và đảm bảo độ tin cậy lâu dài của các ốc vít bằng thép carbon trong các ứng dụng đòi hỏi.
