СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБРАТИМОГО ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C21D1/55 C21D3/06 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в практике заводских лабораторий при исследовании причин разрушения и обоснования механизма необратимого водородного охрупчивания стальных деталей с гальванопокрытием или без него, а также деталей из других металлов, подвергавшихся наводороживанию.

Известны способы определения признаков водородного охрупчивания металла, включающие оценку, например "травильных трещин" и "перегрева" по ГОСТ 21014-88 или "флокенов" по ГОСТ 10243-75. Некоторые из способов описаны в литературе, но нет достоверных данных их подтверждения. Сюда относятся способы с определением "колодцев травления" [1] "колодцев с трещинами на их дне" [2] "блистерингов" [3] "трещин по границам зерен" [4]
За прототип принят способ определения водородного охрупчивания по совокупности металлографических признаков, не имеющий, однако, наглядности причины образования трещины.

Трещина считается необходимым условием, в частности замедленного разрушения [5]
Цель изобретения повышение достоверности способа определения необратимого водородного охрупчивания по металлографическим признакам.

Поставленная цель достигается изготовлением микрошлифа, включающего поверхность разрушений детали, и определением дополнительных металлографическим признаков.

Общие признаки с прототипом подготовка микрошлифа и определение металлографических признаков. Отличительные признаки: изготовление микрошлифа, включающего поверхность разрушенной детали, и определение полости и зоны, где скапливался водород, и каналов трещин выхода из них водорода.

Для реализации способа подготавливают микрошлиф, проходящий через разрушенную часть детали и ее поверхность. Осматривают шлиф до и после травления для оценки поверхностной полости и после травления для оценки округлой зоны пластической деформации с трещиной. Применяемое увеличение в первом случае 250-500 крат, во втором 170-25 крат. Цель осмотра найти предлагаемые в данной заявке и другие признаки водородного охрупчивания.

Одновременно на поверхности детали и на подготовленных микрошлифах определяют наружные и внутренние признаки водородного охрупчивания, указанные как аналоги или, например, согласно отраслевому стандарту РД95.3410-88. Для достоверного утверждения о наличии водородного охрупчивания необходимо проявление нескольких металлографических признаков или неоднократное проявление одного и того же, например, предложенного в данной заявке.

На фиг. 1 показана подповерхностная округлая полость с каналом трещиной выхода на поверхность. Водородное охрупчивание по галтели закаленного высокопрочного кольца из стали 34ХНЗМА при цинковании (покрытие снято): а - шлиф без травления. х300; б шлиф травлен. х250.

На фиг. 2 показана подповерхностная округлая полость с каналом трещиной выхода на поверхность. Водородное охрупчивание по малому опорному пояску закаленной тарельчатой пружины из стали 60С2А после повторного кадмирования (щлиф нетравлен). х500.

На фиг. 3 показана внутренняя округлая зона пластической деформации от микроразрушения с трещиной из центра зоны. Водородное охрупчивание сварных швов платины. х170.

Способ практически проверен.

Пример 1. При цинковании колец из стали 34ХНЗМА наблюдался брак по кольцевым трещинам в галтелях. Кольца наружным диаметром 31 мм и внутренним 45 имели ступенчатое сечение. Лабораторными анализами установлено удовлетворительное металлургическое качество стали (ГОСТ 5152-67): неметаллические включения и полосчатость 2 балла. Удовлетворительно и качество термообработки (мелкозернистая структура. Твердость 38-38, 5 HRC_э). На поверхности деталей не обнаружено наклепа от токарной обработки. Содержание остаточного водорода в стали повышенное и составляет 2,9 см³/100 г после гальванопокрытия, после термообработки до цинкования 0,3 см³/100 г. До цинкования кольца механически заневоливали, при этом в галтелях с малым радиусом (0,2 0,3 мм) могли возникать значительные остаточные напряжения. Однако трещин до цинкования не было.

На микрошлифах поперечных кольцевой трещине обнаружены подповерхностные полости, заполненные продуктами коррозии, имеющие канал-трещину выхода на поверхность (фиг.1, покрытие снято). Ширина раскрытия канала 0,02 мм.

Водородное охрупчивание развивалось путем водородной коррозии, повышения давления в полости и разрыва перемычки металла.

Пример 2. При повторном кадмировании тарельчатых пружин наблюдалось их растрескивание. Радиальные трещины возникали на малой опорной площадке. Пружины изготавливались из ленты толщиной 1,5 мм стали 60С2А. При исследовании причин разрушения установлено удовлетворительное металлургическое качество металла и термообработки. Неметаллические включения и полосчатость составляли 2 балл, обезуглероживания и наклепа поверхности не обнаружено, микроструктура троостит с мартенситом отпуска с твердостью 500 526HV. Толщина кадмиевого покрытия равна 5 8 мкм.

Содержание остаточного водорода в стали с покрытием повышенное и составляло 5,8 см³/100 г.

На микрошлифах с покрытием обнаружены подповерхностные полости (фиг.2) с каналом выхода на поверхность и затеканием покрытия в канал. Установлены сопутствующие признаки водородного охрупчивания: растравление поверхности (ГОСТ 21014-88 п. 56 "перетрав"), радиальные трещины тарельчатой пружины, направление трещин разное по отношению к направлению проката, колодцы травления на поверхности деталей, колодцы с трещинами на их дне (МиТОМ, 1980, N4, с.27).

Пример 3. Исследовали причины годовой течи сварных ампул из платины. Ампулы сварены аргоно-дуговой сваркой из двух полусфер, штампованных из полосы толщиной 1,15 мм платины марки 99,93 (ГОСТ 24718-81). При испытании давлением газа наблюдалась течь по сварному шву. Анализами установлены металлографические признаки водородного охрупчивания металла сварного шва, известные из литературы: ветвистые трещины, разбухание границ зерен, трещины по стыкам кристаллов шва, микропоры, гладкая блестящая поверхность вскрытой трещины, серповидные подповерхностные трещины (блистеринг). Микротвердость сварного шва оказалась выше, чем основы: соответственно 76,6-84, IHV и 64,1-70, IHV.

На протравленных микрошлифах сварного шва обнаружены округлые зоны пластической деформации взрывного микроразрушения от повышенного давления накопившегося водорода с очагом разрушения в центре трещиной (фиг.4).

Таким образом, установлено водородное охрупчивание сварных швов платины, которое было возможным благодаря применению влажного аргона.

Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается в повышении качества металлических деталей и надежности конструкций, сокращении брака по разрушениям при изготовлении и испытании деталей. Водородное охрупчивание повторяющийся в практике брак, представляющий проблему мирового значения. Часто этот дефект сопровождается другими. Нужна надежная методика идентификации механизма преждевременного разрушения с тем, чтобы предупредить наводороживание деталей, избежать потери механических свойств и катастроф при эксплуатации машин и конструкций.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в практике заводских лабораторий при исследовании причин разрушения и обоснования механизма необратимого водородного охрупчивания стальных деталей с гальванопокрытием или без него, а также деталей из других металлов, подвергавшихся наводороживанию. Предлагаемый способ предусматривает изготовление микрошлифов и обнаружение дополнительных металлографических признаков: подповерхностную полость и внутреннюю округлую зону с трещинами. Анализ выполняется на микрошлифах разрушенных деталей с применением увеличения от 170 до 600 крат. Способ повышает достоверность анализа причин разрушения и направлен на профилактику преждевременных разрушений деталей и катастроф. Способ реализуется на стандартном оборудовании. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения необратимого водородного охрупчивания металла, включающий подготовку микрошлифа и оценку наружных и внутренних признаков разрушения по металлографическому параметру в виде трещины, отличающийся тем, что микрошлиф подготавливают путем разреза металла детали вдоль трещины и дополнительно осуществляют оценку по металлографическому параметру в виде округлых зон скопления водорода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку наружных признаков разрушения осуществляют на микрошлифах с травлением и без травления, а внутренних признаков разрушения с травлением.