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抽芯鉚釘_表面處理對(duì)高強(qiáng)度緊固件機(jī)械性能的影響

1、 金屬防腐蝕的意義

金屬受到環(huán)境因素的影響。借著化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)所造成的的破壞性侵害，稱為腐蝕。

幾乎所有的金屬制品，在一定的環(huán)境中，都會(huì)有若干形態(tài)的腐蝕現(xiàn)象，而緊固件是金屬制品，自然無(wú)法避免金屬腐蝕問(wèn)題，其使用環(huán)境及時(shí)間不同時(shí)，腐蝕現(xiàn)象也有明顯差異。特別是沿海地區(qū)，大氣中的鹽分及濕度極高，又有許多污染性工業(yè)，如：鋼鐵、石化、火力發(fā)電等，加上今年來(lái)汽車大幅增加，排放的尾氣使空氣中充滿了腐蝕性的硫化物及微粒，這些都是造成金屬腐蝕的主要原因。

金屬腐蝕會(huì)造成巨額的設(shè)備維護(hù)成本及嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如因腐蝕而增加設(shè)計(jì)、制造、保養(yǎng)及維修費(fèi)用，甚至發(fā)生災(zāi)難性危害。緊固件的使用范圍廣，數(shù)量需求也非常大，其抗蝕能力的優(yōu)劣決定其使用的耐久性，對(duì)設(shè)備的安全可靠性也有非常大的影響。因此，研究抗腐蝕對(duì)緊固件的機(jī)械性能的影響很有必要。

2、 緊固件的機(jī)械性能

汽車緊固件在整車成本中僅占1%，但是數(shù)量上則占整車零件數(shù)量的70%，汽車裝配工作量大部分是安裝緊固件。汽車的可靠性在相當(dāng)大程度上與緊固件本身質(zhì)量與裝配質(zhì)量相關(guān)。費(fèi)用低、用量大、作用重要是汽車緊固件的獨(dú)特之處。

螺栓和螺母在整個(gè)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域是最實(shí)用的緊固組合，他們可以經(jīng)受很高的工作負(fù)荷，也可以拆卸下來(lái)再加以利用。螺栓聯(lián)接是基于可拆卸聯(lián)接而創(chuàng)造的，可以用一組或多組螺栓連接兩個(gè)或多個(gè)零件。這樣，連接起來(lái)的部件都可以像一個(gè)兩件那樣運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)。螺栓聯(lián)接必須有能夠抵御外力的作用，使已被連接的零件不會(huì)移動(dòng)，否則會(huì)造成螺栓接頭的松動(dòng)、破壞甚至脫落。這就是為什么工程人員所設(shè)計(jì)的螺栓聯(lián)接在履行其功能的同時(shí)，必須經(jīng)得住加給它的各種作用。用螺栓連接方式進(jìn)行裝配，其任務(wù)是使被裝配的零件牢牢地緊固在一起，使外力不能將他們分離。因此，在設(shè)計(jì)螺栓連接時(shí)，直接作用在螺桿周圍的力要特別給予考慮，也就是說(shuō)螺栓的機(jī)械性能好壞直接影響螺栓的聯(lián)接性能。

3、 金屬防腐機(jī)理

表面防腐處理是指能運(yùn)用各種方法在金屬表面施加保護(hù)層，其作用是將金屬與腐蝕性的環(huán)境隔離，以抑制腐蝕的產(chǎn)生，或減少腐蝕介質(zhì)與金屬表面的接觸，而達(dá)到防止或減輕腐蝕的目的。保護(hù)層應(yīng)該要符合下述要求：1、耐蝕、抗磨、高硬度；2、結(jié)構(gòu)緊密、完整、空隙??；3、與基體金屬結(jié)合牢固、粘結(jié)力好；4、均勻分布且有一定厚度。保護(hù)層通常分為金屬涂層和非金屬涂層兩類，金屬涂層是指耐腐蝕性較強(qiáng)的金屬在容易腐蝕的金屬表面形成保護(hù)層，這種涂層又叫鍍層。產(chǎn)生金屬鍍層的方法和種類很多，最常用的是電鍍，其次是熔融金屬浸鍍法（熱浸鋅）及化學(xué)表面處理。

非金屬涂層是指用有機(jī)高分子材料如特氟龍，及無(wú)機(jī)材料如陶瓷，在金屬表面上形成保護(hù)層。該保護(hù)層能將基體金屬與環(huán)境介質(zhì)完全隔離，防止金屬基體因接觸其它介質(zhì)造成腐蝕。

電鍍是指在含有欲鍍金屬離子的溶液中，以被鍍的材料或物品為陰極，通過(guò)電解作用，即可在基體表面上獲得鍍層。在電解過(guò)程中，電極和電解液之間接口上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極釋放電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極吸收電子發(fā)生還原反應(yīng)。電鍍可為材料或物品覆蓋一層較為均勻及具有良好結(jié)合力的鍍層，以改變其表面特性及外觀，達(dá)到對(duì)材料的保護(hù)或裝飾的目的，電鍍時(shí)需要使用直流電（低電壓、大電流），并能適當(dāng)控制電流密度及通電時(shí)間以獲得需要的鍍層厚度。

緊固件鍍鋅，因鋅與其它電鍍用金屬相比，價(jià)格低廉，且鋅的耐蝕性在大多數(shù)情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鐵，鍍鋅層能保護(hù)在不連續(xù)部分、小孔、破裂及切邊處露出的鋼鐵。所以，一般的緊固件或易遭受大氣腐蝕作用的緊固件大都采用鍍鋅處理。緊固件不像板材或棒材那樣形狀變化或表面光滑，因此鍍鋅層的厚度在各部位難得均勻，常常出現(xiàn)頭部最厚、螺紋牙頂及牙側(cè)其次、螺紋牙谷最薄。

4、 表面處理對(duì)機(jī)械性能的影響

生產(chǎn)高強(qiáng)度緊固件的工藝包括：線材的球化退火、酸洗、磷化和皂化、緊固件成型、預(yù)清洗、奧氏體化、淬火、中間清洗、回火、表面處理（如電鍍）和對(duì)于除氫的再回火處理等。雖然在氮?dú)夂吞烊粴獗Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行球化，退火處理期間仍然會(huì)吸收氫氣，而在酸洗和磷化期間也會(huì)增加吸收氫氣。如果緊固件不清潔，在后續(xù)的熱處理中就會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的氫脆。

在進(jìn)行后續(xù)熱處理之前，緊固件的表面一定要清潔，做到?jīng)]有任何非金屬污染物，這一點(diǎn)非常重要，如果在緊固件表面殘留有潤(rùn)滑劑的磷和硫，它們就會(huì)擴(kuò)散到基體中，并形成三角鐵素體，進(jìn)而增加氫的吸收并引起脆裂。基于這一點(diǎn)，熱處理之前的預(yù)清洗是非常重要的。

預(yù)清洗工藝是由去油、去鱗、沖洗和干燥工序組成的。如果緊固件消除不了鱗，可能導(dǎo)致后續(xù)熱處理的脆裂。

緊固件的淬火和回火通常是在用丙烷濃化了吸熱反應(yīng)的保護(hù)氣氛中進(jìn)行的，氮?dú)夂图状嫉幕旌衔镌跔t內(nèi)裂解也用作一種保護(hù)氣氛。在保護(hù)氣氛中氫，根據(jù)運(yùn)載氣體的成分，在31%～67%之間變化。氫分子滲入緊固件表面，并在奧氏體溫度下被溶解掉。在基體里的氫的可溶度比在高溫下高6倍，因此，在淬火以后，在緊固件內(nèi)部發(fā)現(xiàn)氫的含量高，在溫度超過(guò)300℃回火時(shí)，氫就會(huì)滲進(jìn)基體里。

表面處理通常是電鍍、涂層或磷化等，所有的表面處理有一個(gè)共同的前提是必須去除黑色層，或者說(shuō)緊固件表面有金屬光亮，為了獲得金屬光的表面，又必須對(duì)零件進(jìn)行酸洗處理。

酸洗是在稀鹽酸中進(jìn)行的，把緊固件放在熱鹽酸里攪動(dòng)浸泡10～15分鐘，可以這樣認(rèn)為：從酸洗處理到表面處理（如電鍍）期間，大部分都會(huì)有氫浸入到緊固件表面。為了避免或者降低延遲氫導(dǎo)致的斷裂危險(xiǎn)，在電鍍表面處理之后，對(duì)緊固件進(jìn)行連續(xù)熱處理，這種再退火工藝是在溫度200℃左右進(jìn)行的，處理的時(shí)間很大程度上取決于在酸洗處理期間吸收氫的數(shù)量和施加在緊固件表面涂層的滲透率。緊固件再退火處理的唯一目的是加速氫的滲出。

緊固件除油、鍍前酸洗及電鍍過(guò)程中所產(chǎn)生的的原子態(tài)氫很容易被基體金屬吸附，并進(jìn)入金屬內(nèi)部。高強(qiáng)度緊固件因此而形成氫脆隱患。當(dāng)氫原子進(jìn)入鋼基體后，在應(yīng)力作用下，會(huì)引起韌性和承載力的降低，發(fā)生斷裂或者突然脆性失效。有這種現(xiàn)象的產(chǎn)品，通過(guò)常規(guī)拉力試驗(yàn)檢查不出其韌性降低，這就是由氫脆引起的延遲脆性失效或氫應(yīng)力斷裂。為了減少緊固件電鍍后的氫脆敏感性，凡抗拉強(qiáng)度≥1050Mpade鋼制緊固件，電鍍后都應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行除氫處理。

氧化處理是將鋼鐵浸于含氧化劑的堿性溶液中，例如硝酸鉀或硝酸鈉和氫氧化鈉的溶液中，并保持沸點(diǎn)為140℃左右，或?qū)摷谙跛徕c級(jí)硝酸鉀的熔鹽中，取出后淬于水中，在其表面可得到一層黑色氧化物即氧化鐵膜，其成分為氧化亞鐵與氧化鐵的混合物，是提高鋼鐵防腐能力的一種簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)的方法。鋼鐵氧化膜的厚度極薄，氧化處理過(guò)程中溶液的氧化劑濃度越高，生成氧化膜的速度也越快，而且膜層致密、牢固。溶液中堿的濃度適當(dāng)增加，獲得氧化膜的厚度增大，堿的含量過(guò)低，氧化膜就會(huì)薄而脆弱。溶液的溫度適當(dāng)升高，可以提高氧化致密度。工件含碳量越高，越容易氧化，氧化時(shí)間越短。氧化處理時(shí)間主要根據(jù)鋼件的含碳量和工件氧化要求來(lái)調(diào)整。調(diào)整時(shí)間的長(zhǎng)短和氧化液的濃度高低直接影響產(chǎn)品性能?？估瓘?qiáng)度高于1000Mpade的高強(qiáng)度螺栓可能發(fā)生堿脆，導(dǎo)致黑色氧化過(guò)程中在內(nèi)部或外部應(yīng)力作用下自發(fā)開(kāi)裂，即帶有殘余應(yīng)力的10.9級(jí)以上高強(qiáng)度緊固件在堿液中進(jìn)行化學(xué)氧化易引起“堿脆”，導(dǎo)致緊固件性能得不到正常發(fā)揮。

5、 結(jié)論

1、 高強(qiáng)度緊固件在選擇電鍍表面處理時(shí)，抽芯鉚釘應(yīng)在技術(shù)文檔中規(guī)定并注明電鍍之后、鉻酸鹽鈍化之前（4小時(shí)之內(nèi)）及時(shí)進(jìn)行去氫處理。當(dāng)去氫處理不徹底或與熱處理回火脆性重迭時(shí)，導(dǎo)致高強(qiáng)度緊固件功能喪失，后果非常嚴(yán)重。

2、 10.9級(jí)以上高強(qiáng)度緊固件禁止在堿性溶液中進(jìn)行表面氧化處理，否則，發(fā)生“堿脆”開(kāi)裂，導(dǎo)致緊固件性能得到正常發(fā)揮，造成致命缺陷。