Cause e misure di miglioramento delle cricche da tempra superficiale, del limite di coppia eccessivo e dell'infragilimento da idrogeno negli elementi di fissaggio

Elementi di fissaggio sono un tipo di parti meccaniche ampiamente utilizzate per il fissaggio delle connessioni. Sono ampiamente applicati in vari settori, inclusi macchinari, attrezzature, veicoli, ferrovie e altri campi. Ovunque si possono vedere vari tipi di elementi di fissaggio, che li rendono una delle parti meccaniche di base più utilizzate. Sono caratterizzati da un'ampia varietà di specifiche, prestazioni e usi diversi e da un livello molto elevato di standardizzazione, serializzazione e generalizzazione. Una volta che gli elementi di fissaggio si guastano, causeranno gravi impatti. Pertanto, è necessario rafforzare l’analisi delle cause del cedimento degli elementi di fissaggio e trovare corrispondenti misure di miglioramento. Combinati con la conoscenza rilevante degli elementi di fissaggio, i dettagli sono condivisi come segue:

1. Crepe da tempra superficiale

Le crepe superficiali da tempra si riferiscono a crepe generate durante il processo di tempra o durante lo stoccaggio a temperatura ambiente dopo la tempra; quest'ultima è detta anche fessurazione da invecchiamento. Durante il processo di tempra, quando lo stress generato dalla tempra è maggiore della resistenza del materiale stesso e supera il limite di deformazione plastica, si genereranno delle cricche. Le cricche da tempra si verificano solitamente poco dopo l'inizio della trasformazione martensitica. La distribuzione delle cricche non ha uno schema fisso, ma generalmente tendono a formarsi in corrispondenza degli spigoli vivi e dei repentini cambi di sezione del pezzo. Le cricche da tempra causate dall'eccessiva velocità di raffreddamento nella zona di trasformazione martensitica sono per lo più distribuite transgranularmente, con cricche diritte e senza piccole cricche ramificate attorno ad esse.

Le cricche da raffreddamento causate da una temperatura di riscaldamento di raffreddamento eccessivamente elevata sono tutte distribuite in modo intergranulare, con estremità affilate e sottili della fessura e caratteristiche di surriscaldamento; la martensite aciculare grossolana può essere osservata nell'acciaio strutturale e i carburi eutettici o angolari possono essere osservati nell'acciaio per utensili. I pezzi in acciaio ad alto tenore di carbonio con decarburazione superficiale hanno maggiori probabilità di formare cricche reticolari dopo la tempra. Questo perché l'espansione di volume dello strato superficiale decarburato durante lo spegnimento e il raffreddamento è inferiore a quella del nucleo non decarburato, e il materiale superficiale viene tirato e fessurato dall'espansione del nucleo per formare fessure reticolari. La presenza di cricche da tempra superficiali porterà alla frattura improvvisa del bullone e la fonte di tale frattura è situata in superficie.

2. Sovralimite di coppia

L'allarme di coppia è comune nel processo di assemblaggio dei bulloni che utilizza il metodo dell'angolo per controllare la coppia.

Le modalità di guasto e le cause del limite eccessivo della coppia di fissaggio sono le seguenti:

(1) Dopo l'assemblaggio, la coppia finale della parte è superiore al limite di controllo superiore o inferiore al limite di controllo inferiore. Il motivo è che l'intervallo di controllo della coppia di assemblaggio della parte è irragionevole, il che si manifesta specificamente nel fatto che l'intervallo di controllo impostato è troppo piccolo o nell'intervallo di controllo che si sposta verso l'alto o verso il basso.

(2) La coppia raggiunge il limite superiore e si attiva l'allarme prima del pre-serraggio all'angolo preimpostato. Il motivo è che il coefficiente di attrito della parte stessa supera il limite superiore, il coefficiente di attrito della parte accoppiata supera il limite superiore oppure vi è un'interferenza tra le parti, con conseguente forte aumento della coppia di assemblaggio.

(3) In condizioni di installazione normali, si verifica un allarme di limite inferiore di coppia. Il motivo è che il coefficiente di attrito della parte stessa supera il limite inferiore o il coefficiente di attrito della parte montata supera il limite inferiore e la coppia di montaggio quando la parte viene avvitata è maggiore della coppia iniziale (ovvero, consumo eccessivo di coppia di avvitamento), che è comune nel processo di serraggio dei dadi di bloccaggio.

3. Infragilimento da idrogeno

Gli elementi di fissaggio sono soggetti all’infragilimento da idrogeno, che è una delle principali cause di rottura degli elementi di fissaggio. L'infragilimento da idrogeno è un fenomeno in cui gli atomi di idrogeno entrano e si diffondono nell'intera matrice del materiale. Quando gli atomi di idrogeno entrano nella matrice materiale, causano la distorsione reticolare della matrice materiale, distruggono lo stato di equilibrio originale e rendono il materiale soggetto a fessurazioni se sottoposto a forze esterne. Quando viene applicato un carico esterno alvite, gli atomi di idrogeno migrano verso la regione ad alta concentrazione di stress, generando un grande stress tra i bordi dei confini cristallini, portando alla frattura intergranulare dell'elemento di fissaggio. Se l'elemento di fissaggio contiene idrogeno in uno stato critico prima dell'installazione, solitamente si romperà entro 24 ore; una volta che l'idrogeno entra nell'elemento di fissaggio, il tempo di frattura non può essere previsto.

4. Misure di miglioramento

4.1 Misure per prevenire crepe da tempra superficiale:

(1) Regolare ragionevolmente lo spazio tra il quencher a induzione e il pezzo in lavorazione, selezionare rigorosamente i parametri di alimentazione a frequenza intermedia appropriati e i parametri del processo di tempra in conformità con i requisiti del processo, garantire un riscaldamento circonferenziale uniforme del prodotto e impedire che la temperatura locale superi la normale temperatura di tempra.

(2) Migliorare la struttura dell'induttore di spegnimento, modificare la struttura a sezione trasversale circolare all'estremità superiore e all'estremità di coda dell'induttore in una struttura a sezione trasversale rettangolare, ridurre la velocità di riscaldamento dell'induttore all'estremità e alla coda e impedire che l'estremità e la coda si riscaldino troppo velocemente, superando la temperatura di controllo del processo e causando surriscaldamento, generando così crepe.

(3) Ridurre il numero di conduttori magnetici dell'induttore di spegnimento nella zona di transizione al termine dell'estinzione e ridurre adeguatamente l'apporto di calore in quest'area.

Adottare il metodo di spegnimento "preriscaldamento-riscaldamento-raffreddamento" per garantire una temperatura di riscaldamento uniforme del prodotto.

Estendere opportunamente il tempo di raffreddamento ritardato dopo il riscaldamento a frequenza intermedia.

Implementare il processo di autotemperamento. Controllare rigorosamente la pressione, la portata, la temperatura e il tempo di raffreddamento del liquido di raffreddamento in conformità con i parametri tecnici del processo; dopo aver interrotto la spruzzatura del liquido, utilizzare il calore residuo del pezzo per aumentare la temperatura dello strato indurito per il trattamento autotemperante, in modo da mantenere un'elevata durezza superficiale e una buona resistenza all'usura, stabilizzare la struttura temprata nel tempo e ridurre il picco di tensione di trazione.

4.2 Misure di miglioramento per il controllo della coppia

Adottare il metodo di controllo dell'angolo di coppia: avvitare prima il bullone a una coppia ridotta (solitamente il 40%~60% della coppia di serraggio, determinata dopo la verifica del processo), quindi iniziare da questo punto di coppia e avvitare all'angolo specificato. Questo metodo si basa su un certo angolo, facendo sì che il bullone produca un certo allungamento assiale e la parte di collegamento venga compressa. Il suo scopo è avvitare il bullone alla superficie di contatto stretta, superare fattori irregolari come l'irregolarità della superficie e la successiva forza di serraggio assiale richiesta viene generata dall'angolo. Dopo aver determinato l'angolo, l'influenza della resistenza di attrito sulla forza di bloccaggio assiale può essere ignorata, quindi la sua precisione è superiore a quella del semplice metodo di controllo della coppia. La chiave del metodo di controllo coppia-angolo è determinare il punto iniziale dell'angolo; una volta determinato il punto iniziale dell'angolo si può ottenere un'elevata precisione di serraggio.

4.3 Misure per prevenire l'infragilimento da idrogeno

(1) Standardizzare il processo di galvanica e implementare rigorosamente il trattamento di deidrogenazione. L'utilizzo della reversibilità dell'idrogeno nei metalli per eseguire il trattamento di deidrogenazione sui bulloni galvanizzati è un metodo importante per ridurre o eliminare l'infragilimento da idrogeno. Durante il trattamento, mettere l'elettroliticobulloni in acciaionel forno per il riscaldamento, la temperatura di cottura è di circa 200 gradi e il tempo di cottura viene regolato in base alla resistenza dell'acciaio: maggiore è la resistenza, più lungo è il tempo di cottura. L'idrogeno nel materiale del bullone forma idrogeno gassoso e trabocca ad alta temperatura, raggiungendo così lo scopo della deidrogenazione.

(2) Adottare il processo di galvanica a basso infragilimento da idrogeno. La galvanoplastica a basso infragilimento da idrogeno è un processo sviluppato negli anni '60 e '70 per lo studio dell'infragilimento da idrogeno di parti di aeromobili, tra cui la cadmio a basso infragilimento da idrogeno, la placcatura al cadmio-titanio a basso infragilimento da idrogeno, la zincatura a basso infragilimento da idrogeno, ecc. La galvanoplastica a basso infragilimento da idrogeno richiede una tempra di distensione prima della placcatura e un forte decapaggio acido non è consentito; è necessario utilizzare la sabbiatura per rimuovere incrostazioni di ossido e contaminanti superficiali, oppure utilizzare un trattamento termico sotto vuoto per evitare la generazione di incrostazioni di ossido. Durante il processo di galvanica, da un lato, regolare la formula della soluzione di placcatura e, dall'altro, ridurre l'adsorbimento delle particelle di idrogeno riducendo la tensione e controllando rigorosamente la densità di corrente. Il processo successivo deve ancora implementare rigorosamente la deidrogenazione in cottura e il tempo di deidrogenazione non è inferiore a 18 ore.