汽车万向节电镀锌螺栓断裂的原因分析

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汽车万向节紧固螺栓(以后简称螺栓) 在镀锌处理后机械性能下降,在试运行过程中就已断裂。为探讨镀锌螺栓断裂的原因,对断裂螺栓进行了测试分析。

由检测结果看出造成螺栓非正常断裂的原因主要有以下几个方面。

1 　热处理因素的影响

螺栓镀层及心部硬度基本合格;金相组织不合格。心部保留着针状和板条状马氏体形貌,还残存少量铁素体,只有在靠近镀层边缘处,有少量屈氏体。说明螺栓淬火温度偏低,铁素体没有完全转变成奥氏体,淬火后螺栓整体硬度偏低,为达到螺栓硬度要求,只有采用较低的回火温度。这样做虽然平均硬度达到了要求,但螺栓的综合机械性能却大大降低了,不能满足工作条件对螺栓强度的要求。在淬火、回火时螺栓表面氧化严重脱碳形成了微空隙,表面粗糙。在螺栓浸入电镀槽时,电解液渗透到缝隙内,不易清洗干净,螺栓放置一段时间之后,电解液就会外流出来与电解层发生作用,腐蚀电解层导致电解膜破坏,出现大量黑色花纹,降低了镀层对螺栓的防护性及镀层的强度。

2 　电镀锌工艺过程因素的影响

析氢、渗氢在整个电镀过程中是不可避免的,因螺栓在电镀时,氢与锌在阴极上共同析出,其中大部分氢以氢气泡形式逸出,但还是有少部分氢以原子状态进入锌镀层并沿晶界进入金属基体晶格中产生渗氢现象。电镀过程中氢主要是在镀层较薄时侵入基体,或者是沿着缺陷渗入基体。送检螺栓镀层的厚度达到14～24μm ,为什么依然无法阻止氢向金属基体的大量渗透? 镀层表面的颜色较深,有的地方甚至变成紫红色,这些现象都说明镀层不纯。分析造成镀层质量差几乎观察不到完整的镀层的原因:

① 由能谱检测结果知基本上不存在纯的镀锌层而是锌铁合金,锌的吸氢大约在0.001%～0.1%之间,铁族金属吸氢约为0.1 %左右。由于镀锌层中含有大量的铁,所以镀层的吸氢量较大,这加快了氢向金属基体中的扩散。氢渗入金属晶格内使晶格扭曲,产生很大的内应力,降低金属基体的韧性。镀层中的硅、硫、钙等杂质,使镀层硬度高、脆性大。

② 热处理形成的螺栓微观缺陷处,加剧了螺栓的渗氢进程。螺栓断口存在脆性、沿晶、韧性断口,还有磨平区。说明当螺栓存在微观缺陷时形成裂纹源,在工作受到外力作用时裂纹沿着渗入氢量较大的区域(如晶界、缺陷处等) 扩展,形成脆性及沿晶断裂。总之:它的断裂是属于短周期疲劳断裂。

③ 镀层与基体之间存在裂缝,说明在电解前的酸洗、阴极电解除油时就已经产生了渗氢现象。

④螺栓出槽时清洗不彻底;镀层粗糙、不纯,说明电解液中金属杂质过多,特别是铁的含量过多造成的。镀层中产生黑色条纹也是电镀操作不当造成的。

⑤为避免氢脆现象的产生,电镀锌的最后一道工序是除氢处理,螺栓存在氢脆断裂断口,说明其除氢处理不彻底。由此看出镀锌工艺存在较大问题。

3 　机加工因素的影响

在螺栓表面有很多裂纹,且大部分都是沿着机加工产生的犁沟方向,机加工缺陷形成裂纹源,也是降低镀层质量和螺栓强度的主要原因之一。

4 　结论

螺栓断裂的原因是螺栓在电解前酸洗、阴极电解除油、电镀过程产生的渗氢现象,特别是热处理、机加工工序形成的螺栓表面缺陷催化了渗氢过程的进行,加剧应力集中。在随后的除氢处理又进行的不彻底,螺栓局部含氢量过大导致工作时的突然氢脆断裂。镀锌层不纯、结构不均匀、回火不足,也加速了螺栓的断裂。

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好奇怪的文章，真不知道有什么意义。一派胡言。