수소 손화는 특히 기계적 신뢰성과 장기 성능이 필수적인 산업에서 고강도 탄소강 나사의 생산 및 적용에 중요한 관심사입니다. 이 현상은 결정 구조 내에서 수소 원자의 존재 및 확산으로 인한 금속의 연성 및 최종 실패를 지칭한다. 특히 탄소 철강 패스너에서 수소 손화가 어떻게 발생하는지 이해하는 것은 치명적인 실패를 방지하는 제조업체, 엔지니어 및 품질 관리 전문가에게 필수적입니다.
고강도의 수소 손상 탄소강 나사 일반적으로 수소 도입, 수소 확산 및 트래핑, 후속 손잡이가 지연되는 세 가지 1 차 단계를 포함합니다. 초기 단계 인 수소 진입은 제조 공정에서 여러 지점에서 발생할 수 있습니다. 일반적인 공급원에는 산세 (산 세정), 전기 도금 (특히 아연 또는 카드뮴), 인산염 및 서비스 중 부식 반응이 포함됩니다. 나사가 산성 환경 또는 전기 화학 공정에 노출되면 금속 표면에서 원자 수소가 생성됩니다. 이들 수소 원자 중 일부는 강철 매트릭스, 특히 높은 경도 또는 인장 강도 (보통 1000 MPa 이상)를 가진 강에서 침투합니다.
금속 안에 들어가면, 수소 원자는 곡물 경계, 탈구, 포함 및 공극과 같은 다양한 미세 구조 결함에서 이동하여 갇힐 수 있습니다. 합금 및 열처리로 인해 더 긴장되고 민감한 미세 구조를 갖는 고강도 강에서, 격자 결함은 수소 축적에 유리한 부위를 제공합니다. 시간이 지남에 따라 소량의 갇힌 수소조차도 특히 인장 하중 하에서 금속의 응집력을 손상시키는 내부 응력을 만들 수 있습니다.
웨딩 메커니즘은 단순히 수소 자체가 존재하는 것이 아니라 스트레스 하에서 강철과 어떻게 상호 작용하는지에 기인합니다. 널리 받아 들여지는 이론 중 하나는 수소가 강화 된 국소화 된 가소성 (도움말)이며, 수소는 국소화 된 지역에서의 탈구의 이동성을 증가시켜 조기 균열 개시 및 전파를 초래합니다. 수소 향상 탈 코레이션 (HEDE)으로 알려진 또 다른 이론은 수소가 입자 경계를 따라 원자 결합을 약화 시켜서 intergranular 골절을 초래한다는 것을 시사합니다. 실제로, 두 메커니즘은 철강 조성, 미세 구조 및 서비스 조건에 따라 동시에 작동 할 수 있습니다.
적용 할 때, 수소 손잡이는 종종 지연된 고장으로 나타납니다. 제조 후 모든 기계식 테스트를 통과하는 나사는 며칠 또는 몇 주 동안 서비스를받은 후 갑자기 실패 할 수 있습니다. 특히 인장 스트레스를받는 경우. 골절 표면은 전형적으로 정상적인 조건 하에서 재료가 연성 임에도 불구하고 절단 또는 편도 균열과 같은 취성 특징을 보여줍니다. 이것은 실패가 경고없이 발생하고 종종 중요한 조립품에서 발생하기 때문에 수소 손잡이를 특히 위험하게 만듭니다.
고강도 탄소강 나사의 수소 손상을 방지하기 위해 몇 가지 전략이 일반적으로 사용됩니다. 첫 번째는 프로세스 제어입니다. 제조업체는 표면 처리 과정에서 수소 노출을 최소화해야합니다. 예를 들어, 산세포 대신 알칼리성 세정을 사용하고 가능한 경우 전기 도금을 피하거나 기계식 도금과 같은 대안을 사용합니다. 전기 도금이 필요한 경우 베이킹으로 알려진 중요한 사후 프로세스가 수행됩니다. 여기에는 도금 직후 나사 (일반적으로 몇 시간 동안 190-230 ° C에서) 가열되어 손상을 일으키기 전에 갇힌 수소를 확산시킬 수 있습니다.
재료 선택은 또 다른 제어 방법입니다. 탄소 함량을 줄이거 나 완화에 대한 저항성이 향상된 합금강 선택은 도움이 될 수 있지만, 이는 강점과 비용의 절충이 포함될 수 있습니다. 또한, 파스너의 궁극적 인 인장 강도를 웨딩 임계 값 (~ 1000 MPa로 일반적으로 인용) 아래로 약간 낮게 감소하면 감수성이 크게 감소 할 수 있습니다.
서비스에서 스트레스 감소 및 환경 제어가 핵심입니다. 과도하게 조롱하고 적절한 토크 사양을 사용하면 나사에 적용되는 인장 응력이 제한 될 수 있습니다. 아연-니켈 또는 인산염 처리와 같은 보호 코팅은 실러와 결합 된 수소를 생성하는 부식성 환경에서 나사를 보호 할 수 있습니다. 매우 중요한 응용 분야에서 패스너는 때때로 잠재적 인 취재 위험을 설명하기 위해 내장 안전 요소로 지정됩니다.
고강도 탄소강 나사에서의 수소 손상은 복잡하지만 잘 이해 된 현상으로, 수소 유입, 트래핑 및 스트레스 하에서 균열 전파가 포함됩니다. 발생은 철강 구성, 제조 공정, 환경 노출 및 서비스 스트레스를 포함한 여러 요인에 의해 영향을받습니다. 엄격한 공정 제어, 적절한 재료 선택 및 베이킹과 같은 치료 후 프로토콜을 통해 제조업체는 수소 관련 장애의 위험을 크게 줄이고 까다로운 응용 분야에서 탄소 철강 패스너의 장기 신뢰성을 보장 할 수 있습니다.
