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Infragilimento da idrogeno degli elementi di fissaggio dopo il trattamento termico

L'infragilimento da idrogeno degli elementi di fissaggio è dovuto agli atomi di idrogeno che entrano nel materiale durante la lavorazione iniziale. Nella maggior parte dei casi, gli elementi di fissaggio subiscono infragilimento da idrogeno sotto carichi di trazione statici. L'infragilimento da idrogeno è meno probabile che si verifichi durante l'esecuzione di prove sui materiali ad alta velocità, come le normali prove di trazione. Gli atomi di idrogeno di solito si diffondono come aree del materiale soggette a stress a tre vie. Il livello di stress nel materiale e il grado di accumulo di idrogeno nel sistema influenzeranno il rapporto tra la diffusione dell'idrogeno e il sito della trappola. L'accumulo di idrogeno nella posizione della trappola ridurrà lo stress da frattura del materiale, con conseguente formazione di crepe, propagazione di crepe e rottura del materiale. L'espansione dell'idrogeno negli elementi di fissaggio soggetti a carico statico può essere osservata direttamente dall'attuale tempo di ritardo della frattura per infragilimento da idrogeno. A causa della tendenza del materiale all'infragilimento da idrogeno, della quantità totale del materiale, del rapporto di diffusione dell'idrogeno e del livello di stress di rotazione, il ritardo temporale della frattura da infragilimento da idrogeno varia notevolmente, da pochi minuti a diversi giorni o settimane.

Se l'elemento di fissaggio è mai stato in contatto con un ambiente con atomi di idrogeno durante la lavorazione, potrebbe trattarsi di infragilimento da idrogeno. Qualsiasi trattamento che produca idrogeno durante la reazione chimica dell'acciaio consentirà all'idrogeno di penetrare nel materiale, aumentando così la tendenza del materiale all'infragilimento da idrogeno. Gli elementi di fissaggio in acciaio utilizzati nell'industria automobilistica saranno a diretto contatto con atomi di idrogeno attivo in condizioni di trattamento del rivestimento di conversione chimica come corrosione ambientale, rimozione elettrolitica catodica dell'olio, disossidazione acida, pulizia chimica, annerimento e galvanica. . Poiché il processo di galvanizzazione produce idrogeno, ha il maggiore effetto sull’assorbimento di idrogeno da parte degli elementi di fissaggio in acciaio. La quantità totale di idrogeno assorbito durante il processo di galvanica dipende in gran parte dall'efficienza della soluzione galvanica. In generale, i processi galvanici ad alta efficienza producono meno idrogeno rispetto ai processi galvanici a bassa efficienza. Fattori come il caricamento eccessivo o insufficiente di soluzione galvanica nel tamburo galvanico avranno un grande impatto sull'efficienza del processo galvanico. (Guida: Metodi di trattamento superficiale degli elementi di fissaggio)

Non possono essere ignorati anche altri processi che producono idrogeno quando interagiscono con l’acciaio, come il decapaggio, la disincrostazione dopo il trattamento termico o il trattamento pre-placcatura. La ricerca di Johnson descrive l’effetto dell’immersione nell’acido sulla tenacità dell’acciaio. L'assorbimento di idrogeno durante la lavorazione degli elementi di fissaggio è cumulativo. L'idrogeno introdotto nelle parti da un singolo trattamento potrebbe non essere sufficiente a provocare l'infragilimento da idrogeno, ma l'accumulo di idrogeno introdotto nelle parti da più processi può causare l'infragilimento da idrogeno.

Gli effetti negativi dell'assorbimento di idrogeno durante la galvanica o la pulizia possono essere eliminati o ridotti durante il trattamento termico (solitamente cottura) dopo la galvanoplastica. La gravità dell'infragilimento da idrogeno dipende solitamente dal livello di resistenza o dalle condizioni di lavorazione a freddo dell'elemento di fissaggio. Troiano una volta fornì la relazione tra il tempo di cedimento, il contenuto di idrogeno e il tempo di cottura. Attraverso la cottura, l'accumulo di idrogeno nel materiale viene ridotto e il tempo di rottura e il livello di stress critico inferiore vengono prolungati e migliorati. In questo caso, il livello di stress critico si riferisce al livello di stress al di sotto del quale non si verifica l'infragilimento da idrogeno, analogamente al limite di fatica.

Se il tempo di cottura è sufficiente dipende principalmente dal livello di durezza del materiale, dal processo di galvanizzazione, dal tipo di rivestimento e dallo spessore del rivestimento. Gli elementi di fissaggio con un livello di durezza inferiore dopo il trattamento galvanico dovrebbero generalmente essere cotti per meno di 4 ore: la stessa placcatura, ma gli elementi di fissaggio con un livello di durezza più elevato vengono generalmente cotti per almeno 8 ore. È stato suggerito che gli elementi di fissaggio con durezza compresa tra 3133 HRC debbano essere cotti per 8 ore; gli elementi di fissaggio con durezza compresa tra 33 e 36 HRC devono essere cotti per 10 ore: gli elementi di fissaggio con durezza compresa tra 36 e 39 HRC devono essere cotti per 12 ore. Gli elementi di fissaggio con durezza compresa tra 39 e 43 HRC devono essere cotti per 14 ore. La formulazione del processo di cottura dovrebbe considerare anche il livello di durezza dell'elemento di fissaggio e il tipo di rivestimento. Lo strato di placcatura può svolgere in una certa misura il ruolo di barriera alla diffusione dell'idrogeno, il che ostacolerà la diffusione dell'idrogeno verso l'esterno dell'elemento di fissaggio. In generale, è più facile che l’idrogeno si diffonda all’esterno attraverso rivestimenti sciolti come gli elementi di fissaggio piuttosto che diffondersi all’esterno attraverso rivestimenti densi. C'è anche questa differenza tra il rivestimento di zinco e il rivestimento più denso di cadmio. Per produrre quanto più materiale possibile per la diffusione dell'idrogeno, è necessario impiegare un lungo tempo di cottura. A.W.Grobin Jr. Si ritiene che quando lo spessore del rivestimento supera i 2,5 μm, sia più difficile che l'idrogeno si diffonda dall'acciaio. In questo caso lo strato zincato diventa un ostacolo alla diffusione dell'idrogeno. Si può considerare che il trattamento di cottura in questo caso effettivamente ridistribuisce l'idrogeno nelle varie posizioni delle trappole nel materiale. Il cedimento degli elementi di fissaggio a causa dell’infragilimento da idrogeno ha già suscitato una diffusa preoccupazione nel settore automobilistico. Questo tipo di guasto si verifica inaspettatamente, il che aggiunge un grande onere alle aziende automobilistiche e ai fornitori di elementi di fissaggio, che non solo causa loro perdite economiche, ma rappresenta anche una minaccia per la soddisfazione degli utenti dell'azienda e la sicurezza delle automobili.

Nell’industria automobilistica si presta sempre più attenzione alla prevenzione dell’infragilimento da idrogeno degli elementi di fissaggio. Gli elementi di fissaggio che soffrono di infragilimento da idrogeno possono rompersi precocemente entro pochi minuti dopo l'assemblaggio quando la sollecitazione effettiva è molto inferiore alla resistenza alla trazione del materiale. Nell'officina di assemblaggio di automobili, il cedimento degli elementi di fissaggio per infragilimento da idrogeno ridurrà notevolmente l'efficienza produttiva. Le auto con potenziale rischio di rottura da infragilimento da idrogeno devono essere ispezionate una per una e tutti i possibili elementi di fissaggio dovrebbero essere sostituiti con elementi di fissaggio nuovi e affidabili, e la sostituzione degli elementi di fissaggio richiederà molto tempo. La sostituzione degli elementi di fissaggio danneggiati dall’infragilimento da idrogeno rappresenterà un grosso onere sia per i produttori di automobili che per i produttori di elementi di fissaggio.

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