Wasserstoffversprödung von Verbindungselementen nach Wärmebehandlung

Die Wasserstoffversprödung von Verbindungselementen ist auf das Eindringen von Wasserstoffatomen in das Material während der frühen Verarbeitung zurückzuführen. In den meisten Fällen kommt es bei Verbindungselementen unter statischer Zugbelastung zu einer Wasserstoffversprödung. Bei der Durchführung von Hochgeschwindigkeits-Materialtests wie gewöhnlichen Zugversuchen ist die Wahrscheinlichkeit einer Wasserstoffversprödung geringer. Wasserstoffatome diffundieren normalerweise wie Bereiche im Material, die einer Dreifachspannung ausgesetzt sind. Das Spannungsniveau im Material und der Grad der Wasserstoffanreicherung im System beeinflussen das Verhältnis der Wasserstoffdiffusion zur Einfangstelle. Die Ansammlung von Wasserstoff in der Fallenposition verringert die Bruchspannung des Materials, was zur Rissbildung, Rissausbreitung und zum Versagen des Materials führt. Die Ausdehnung von Wasserstoff in Verbindungselementen unter statischer Belastung kann direkt anhand der aktuellen Verzögerungszeit des Wasserstoffversprödungsbruchs beobachtet werden. Aufgrund der Wasserstoffversprödungstendenz des Materials, der Gesamtmenge des Materials, des Wasserstoffdiffusionsverhältnisses und des Spinspannungsniveaus variiert die Bruchzeitverzögerung der Wasserstoffversprödung stark und reicht von einigen Minuten bis zu mehreren Tagen oder Wochen.

Wenn das Verbindungselement während der Verarbeitung jemals mit einer Umgebung mit Wasserstoffatomen in Kontakt gekommen ist, kann es sich um eine Wasserstoffversprödung handeln. Jede Behandlung, bei der bei der chemischen Reaktion von Stahl Wasserstoff entsteht, ermöglicht das Eindringen von Wasserstoff in das Material und erhöht dadurch die Wasserstoffversprödungstendenz des Materials. Stahlbefestigungen, die in der Automobilindustrie verwendet werden, stehen unter Bedingungen der chemischen Konversionsbeschichtungsbehandlung wie Umweltkorrosion, kathodischer elektrolytischer Ölentfernung, Säuredesoxidation, chemischer Reinigung, Schwärzung und Galvanisierung in direktem Kontakt mit aktiven Wasserstoffatomen. . Da beim Galvanisierungsprozess Wasserstoff entsteht, hat dieser den größten Einfluss auf die Wasserstoffaufnahme von Verbindungselementen aus Stahl. Die Gesamtmenge des während des Galvanisierungsprozesses absorbierten Wasserstoffs hängt weitgehend von der Effizienz der Galvanisierungslösung ab. Im Allgemeinen erzeugen hocheffiziente Galvanikprozesse weniger Wasserstoff als niedrigeffiziente Galvanikprozesse. Faktoren wie zu viel oder zu wenig Galvanisierlösungsbeladung in der Galvanisiertrommel haben einen großen Einfluss auf die Effizienz des Galvanisierungsprozesses. (Leitfaden: Oberflächenbehandlungsmethoden von Verbindungselementen)

Auch andere Prozesse, die bei der Wechselwirkung mit Stahl Wasserstoff erzeugen, wie etwa das Beizen, das Entzundern nach der Wärmebehandlung oder die Vorbeschichtung, können nicht außer Acht gelassen werden. John-sons Forschung beschreibt die Auswirkung des Eintauchens in Säure auf die Zähigkeit von Stahl. Die Aufnahme von Wasserstoff bei der Verarbeitung von Verbindungselementen erfolgt kumulativ. Der durch eine einzige Behandlung in Teile eingebrachte Wasserstoff reicht möglicherweise nicht aus, um eine Wasserstoffversprödung zu verursachen, aber die Ansammlung von Wasserstoff, der durch mehrere Prozesse in Teile eingebracht wird, kann zu einer Wasserstoffversprödung führen.

Die nachteiligen Auswirkungen der Wasserstoffabsorption beim Galvanisieren oder Reinigen können durch die Wärmebehandlung (normalerweise Backen) nach dem Galvanisieren beseitigt oder verringert werden. Der Schweregrad der Wasserstoffversprödung hängt normalerweise von der Festigkeit oder dem Kaltumformzustand des Verbindungselements ab. Troiano gab einmal den Zusammenhang zwischen Ausfallzeit und Wasserstoffgehalt und Backzeit an. Durch das Backen wird die Anreicherung von Wasserstoff im Material reduziert und die Ausfallzeit und das niedrigere kritische Spannungsniveau werden verlängert und verbessert. Unter dem kritischen Spannungsniveau versteht man dabei das Spannungsniveau, unterhalb dessen keine Wasserstoffversprödung auftritt, ähnlich der Ermüdungsgrenze.

Ob die Einbrennzeit ausreichend ist, hängt im Wesentlichen vom Härtegrad des Materials, dem Galvanikverfahren, der Art der Beschichtung und der Dicke der Beschichtung ab. Verbindungselemente mit einem geringeren Härtegrad sollten nach der Galvanisierungsbehandlung im Allgemeinen weniger als 4 Stunden lang eingebrannt werden: die gleiche Beschichtung, aber Verbindungselemente mit einem höheren Härtegrad werden im Allgemeinen mindestens 8 Stunden lang eingebrannt. Es wurde empfohlen, Verbindungselemente mit einer Härte zwischen 3133 HRC 8 Stunden lang einzubrennen; Verbindungselemente mit einer Härte zwischen 33 und 36 HRC sollten 10 Stunden lang gebrannt werden: Verbindungselemente mit einer Härte zwischen 36 und 39 HRC sollten 12 Stunden lang gebrannt werden. Verbindungselemente mit einer Härte zwischen 39 und 43 HRC sollten 14 Stunden lang gebacken werden. Bei der Gestaltung des Einbrennprozesses sollten auch der Härtegrad des Verbindungselements und die Art der Beschichtung berücksichtigt werden. Die Beschichtungsschicht kann bis zu einem gewissen Grad eine Rolle als Wasserstoffdiffusionsbarriere spielen, die die Diffusion von Wasserstoff zur Außenseite des Befestigungselements verhindert. Im Allgemeinen ist es für Wasserstoff einfacher, durch lose Beschichtungen wie Befestigungselemente nach außen zu diffundieren, als durch dichte Beschichtungen. Es gibt sogar diesen Unterschied zwischen der Zinkbeschichtung und der dichteren Cadmiumbeschichtung. Um möglichst viel Wasserstoffdiffusionsmaterial herzustellen, ist eine lange Backzeit erforderlich. A.W.GrobinJr. Es wird angenommen, dass es für Wasserstoff schwieriger ist, aus dem Stahl zu diffundieren, wenn die Dicke der Beschichtung 2,5 μm übersteigt. In diesem Fall wird die verzinkte Schicht zu einem Hindernis für die Wasserstoffdiffusion. Man kann davon ausgehen, dass die Backbehandlung in diesem Fall den Wasserstoff tatsächlich auf die verschiedenen Fallenpositionen im Material umverteilt. Das Versagen von Verbindungselementen durch Wasserstoffversprödung hat in der Automobilindustrie bereits große Besorgnis erregt. Solche Ausfälle treten unerwartet auf und stellen eine große Belastung für Automobilunternehmen und Verbindungslieferanten dar, was nicht nur zu wirtschaftlichen Verlusten führt, sondern auch eine Gefahr für die Benutzerzufriedenheit des Unternehmens und die Sicherheit von Automobilen darstellt.

Der Vermeidung von Versagen von Verbindungselementen durch Wasserstoffversprödung wird in der Automobilindustrie immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Verbindungselemente, die unter Wasserstoffversprödung leiden, können innerhalb weniger Minuten nach der Montage vorzeitig versagen, wenn die tatsächliche Spannung viel geringer ist als die Zugfestigkeit des Materials. In der Kfz-Montagewerkstatt wird das Versagen von Verbindungselementen durch Wasserstoffversprödung die Produktionseffizienz erheblich beeinträchtigen. Fahrzeuge mit potenziellem Ausfallrisiko aufgrund von Wasserstoffversprödung müssen einzeln überprüft werden, und alle möglichen Befestigungselemente sollten durch neue und zuverlässige Befestigungselemente ersetzt werden, und der Austausch der Befestigungselemente wird viel Zeit in Anspruch nehmen. Der Austausch von durch Wasserstoffversprödung beschädigten Verbindungselementen wird sowohl für Automobilhersteller als auch für Verbindungselementhersteller eine große Belastung darstellen.

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