合金鋼ボルトの水素脆化（3）
合金鋼ボルトの水素脆化破壊を防ぐための5つの技術的方法
合金鋼ボルトの水素脆化破壊の防止には、水素脆化破壊のメカニズムに基づいた包括的な検討が必要です。必要な引張強度、適切な材料、および対応する製造プロセスに応じて。6.1 MJねじ付きボルトのイオンMJねじ付きボルトのイオンは、動的荷重に耐えるボルトの能力を向上させるだけでなく、水素脆化に抵抗するボルトの能力も向上させることができます。応力集中を低減することは、ボルトの水素脆化に対する感受性を低減する上で重要な役割を果たします。したがって、ボルトねじ山を使用する場合は、ねじ山の下部で円弧半径が大きいMJねじ山を使用するようにしてください。MJねじの下部円弧半径は0.15042P〜0.18011Pの範囲です。
MJねじボルトの加工技術には、次の3つの特徴があります。①最終熱処理後、ねじを丸めて成形する必要があります。②ボルトの頭をひっくり返して形を整える必要があります。③ボルト頭下部の切り身は、最終熱処理後に冷間圧延する必要があります。これらの処理技術は、ボルトの表面の材料欠陥を効果的に排除し、ボルトの表面の残留圧縮応力を増加させることができます。その結果、ボルトの水素脆化感度を低下させる上で重要な役割を果たすことができます。
5.2合理的な処理技術を選択し、厳格な予防措置を講じる
水素脆化破壊の引張強度の臨界値は1050MPaであるため、強度レベルが1000 MPa未満のボルトについては、電気めっきの有無に関係なく、水素脆化は考慮されません。引張強度が1000MPaを超える合金鋼（30CrMnSiAなど）ボルトの場合、関連する規格の要件に従って通常の熱処理、電気めっき、および水素除去プロセスを使用する限り、水素脆化を完全に回避できます。
水素透過度を低減し、水素除去効果を向上させるためには、以下の観点から対策を講じる必要があります。
5.2.1熱処理
焼戻しマルテンサイトは水素脆化の感度に大きな影響を与えるため、熱処理中に熱処理温度を適切に調整して、焼戻しマルテンサイトの形成を減らすことができます。たとえば、オーステンパを使用すると、水素脆化破壊のしきい値が約100MPa増加します。これは、オーステンパによって生成された下部ベイナイト構造が、焼戻しマルテンサイトよりも水素脆化の影響を受けにくいためです。
部品に酸化物スケールが形成されるのを防ぐために、加熱炉にシールドガスが追加されることがあります。ただし、保護ガスに水素化物（メタノール分解ガス、RXガスなど）が含まれている場合、加熱後に水素化物が水素に分解され、水素透過が発生し、水素脆化のリスクが高まります。したがって、熱処理プロセスで水素化物を含む保護ガスを使用することはお勧めできません。条件が許せば、焼入れと焼き戻しには真空炉を使用するのが最善です。
航空宇宙産業規格QJ451-1988「めっき前の部品（部品）の品質管理技術要件」によると、引張強度が1050MPaを超え1450MPa以下のすべての部品は、応力緩和処理を受ける必要があります。比加熱温度は190℃〜210℃、時間は1時間です。ここでの応力とは、熱処理による残留引張応力を指し、処理後の圧延ねじ山や冷間圧延ヘッドの丸みを帯びた角による残留圧縮応力を含めないでください。
5.2.2酸洗い
酸洗いは水素透過の主なプロセスではありませんが、十分に制御されていないと、水素がボルトに浸透します。したがって、多くの規格では、めっき前に強酸で酸洗いすることを禁止し、代わりに弱酸酸洗いまたはショットピーニングを使用することを強調しています。
5.2.3電気めっき
電気めっきはボルトが水素を吸収するための主要なプロセスであり、電気めっきプロセスの厳密な制御はボルトの水素脆化を防ぐための主要な手段です。
ボルトの引張強度に応じて異なる電気めっきプロセスを選択することは、水素脆化破壊を回避するための手段の1つです。引張強度が1080MPaを超える30CrMnSiAボルトの場合、通常の亜鉛めっきまたはカドミウムめっきを使用できます。
引張強度が1250MPaを超える合金鋼ボルトの場合、通常の亜鉛またはカドミウムめっきプロセスも使用できますが、より厳格なプロセス制御を採用する必要があります。ISO 5857：1988「航空宇宙強度グレード1250MPa MJねじ付き合金鋼突き出しヘッドボルト調達仕様書」では、製品ボルトに耐応力試験を行う必要があると規定されています。つまり、最小破断引張荷重の75％が23時間ボルトに適用されます。ボルトが折れてはならない。または破壊します。GB / T 3098.1-2010「ファスナーのボルト、ねじ、ナットの機械的特性」は、グレード12.9以上のボルトの使用を検討する際には注意が必要であることをユーザーに思い出させます。
「航空宇宙製品の禁止（限定）プロセスカタログ」（TianTechnology [2004] No. 42を参照）によると、引張強度が1300 MPaを超えるボルトの場合、亜鉛またはカドミウムの電気めっきは許可されませんが、低水素脆化電気めっきは可能です。利用される。クラフト。低水素脆化電気めっきは、1960年代と1970年代に航空機部品の水素脆化のために開発されたプロセスの一種で、低水素脆化カドミウムめっき、低水素脆化カドミウムチタンめっき、低水素脆化亜鉛ニッケルめっきなどがあります。低水素脆化電気めっきの要件：めっき前の応力緩和焼戻し、酸洗いの代わりにサンドブラスト、または真空熱処理。電気めっきプロセスでは、一方では浴の配合が調整され、他方では、
カドミウムメッキチタンは、前世紀に海外で同様のプロセスを改革、改善、改善することによって形成された低水素脆化電気めっきプロセスのセットです。チタンは水素に強い吸着効果があります。製品の表面に水素を吸着し、水素が基板に浸透するのを防ぎます。そのため、水素脆化の少ないカドミウムめっきチタンは、水素脆化の問題解決に大きく貢献しており、航空業界でも広く使用されています。。しかし、プロセス操作が厳しく、コストが高いため、航空宇宙産業ではほとんど使用されておらず、基本的に生産ラインは確立されていません。
航空宇宙産業では、1980年代に低水素脆化亜鉛ニッケル合金めっきプロセスと低水素脆化カドミウムめっきプロセスが狭い範囲で実施され、航空宇宙産業業界標準QJ1824-1989「亜鉛ニッケル合金コーティングの技術的条件」、QJ2217-1992「低水素脆化カドミウムプロセス仕様」。
もちろん、引張強度が1500 MPaを超えるボルトの場合、低水素脆化めっきも危険です。水素脆化破壊は時々発生します。水素脆化のリスクを完全に回避したい場合は、非水素脆化コーティングプロセスを使用するか、変更することができます。他の耐食性材料を使用してください。
さらに、ISO 9587「水素脆化鋼製品の前処理のリスクを低減するための金属およびその他の無機コーティング」の規定に従って、ボルトは電気めっきの前に応力緩和処理を行う必要があります。
5.3水素除去
水素除去とは、ボルトを約200℃のオーブンに入れて焼き上げることで、ボルト内の水素が水素分子に結合して逃げるというものです。水素除去の効果を改善するための鍵は次のとおりです。まず、めっき後、時間内に水素を除去します。第二に、水素除去の温度を可能な限り高く保ちます。第三に、水素除去の時間は十分に長くなければなりません。
めっき後の適時の水素除去は、水素除去効果の向上に大きく影響します。一般規格では、めっき後4時間以内と規定されており、一部の外国企業規格では、水素は3時間以内に除去する必要があると規定されています。実際、多くの企業は、水素除去の効果を向上させるために、電気めっきと水素除去の間の時間間隔を1時間未満に短縮しています。
水素除去温度が高いほど、水素除去効果は高くなりますが、材料の焼戻し温度に近づいたり到達したりすることはできません。そうしないと、材料の性能に影響を及ぼします。
水素除去時間は、ボルトの強度によって異なります。強度が高いほど、水素除去に必要な時間が長くなります。関連規格（QJ 452など）によると、30CrMnSiAボルトの水素除去温度は190℃〜210℃、水素除去時間は8時間以上である必要があります。
水素除去時間が短すぎると、水素含有量を減らすのに役立つだけでなく、水素含有量を増やすことに注意する必要があります。図9は、異なる浴でめっきした後の水素除去時間と部品の脆化率の関係を示しています。図9から、水素除去2h〜4hの脆化率は、水素除去なしの場合よりも高いことがわかります。これは、部品の表層に吸収される水素濃度が電気めっき後に最大になるためです。ベーキングの開始時に、表面に吸着された水素は、一方では急速に拡散して空気中に溢れ出し、他方では加速して金属に拡散します。
画像
5.4水素脆化のないコーティング
水素脆化のないコーティング技術の使用は、水素脆化を完全に回避するための技術です。1960年代から1980年代にかけて、米国、ドイツ、フランス、日本、その他の国々では、水素脆化のないコーティングがいくつか開発されました。これらのコーティングは、陰極電着を採用する必要がなく、水素吸収プロセスがないため、「非水素脆化コーティング」と呼ばれます。それらは、機械的亜鉛めっき、粉末シェラダイジング、ダクロメットコーティングなどのボルトコーティングに使用できます。現在、最も広く使用されているダクロメットコーティングが必要です。
