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液压启闭机活塞杆镀铬层的非正常失效
 
慧聪网   2005年12月21日9时43分   信息来源:中国三峡建设杂志    

    摘  要: 水利水电工程中的液压启闭机活塞杆绝大多数采用镀铬进行防腐,几十年的经验证明运行良好,可近几年在几个水电工程中大型活塞杆的镀铬层使用一年内即出现了锈蚀,其原因值得认真分析。

    关键词: 活塞杆; 电镀; 锈蚀; 原因

    本文所讲的非正常失效主要是指活塞杆在使用一年内即产生锈蚀及镀铬层的破坏。

    我们发现,在同一工程中泄洪深孔油缸的活塞杆很快锈蚀了,可相同直径、长度还稍长的导流底孔的活塞杆却没有锈蚀,所以对这种活塞杆很快失效的真正原因应作深入的探讨。

1  镀铬层的正常失效

    (1)由针孔及孔隙造成的锈蚀。镀双层铬(先镀乳白铬后镀硬铬)不可避免地会出现孔隙,使用时,水气通过针孔及孔隙到达母材,时间长了就逐渐锈蚀,锈蚀面积大了、严重了就进一步造成镀铬层剥落,这种失效在褪镀后蚀坑边缘是圆滑的。

    (2)磨损造成的镀层减薄,当镀层全部被磨损就会产生锈蚀。

2  近期所见镀铬层的几种非正常失效

    (1)锈蚀部位在褪镀后蚀坑边缘是非圆形的(有折角)或出现裂纹或出现麻丝状其尾部是尖的,电镀专家认为这都是比较典型的由内部应力造成的失效。

    (2)活塞杆涂有油脂的外伸部位在油脂层未损坏情况下不到一个月的时间就锈蚀了。

    (3)在对返修的活塞杆进行褪镀前检测时,用蓝点法(贴滤纸法)测试孔隙未测出蓝点,而褪镀后发现该处有裂纹或蚀坑。

    (4)褪镀后经加工的表面还有疏松,有的经油浸后留有油迹(擦不掉但用砂布能擦掉)凡留有油迹的地方必有灰点等缺陷。

3  镀铬层非正常失效的原因

3.1  对材质抗拉强度大的大型活塞杆,未进行镀前消应和镀后去氢是非正常失效的原因之一

    GB11379-89《金属覆盖层工程用铬电镀层》及GB/T12611-90《金属零件镀覆前质量控制技术要求》标准规定凡钢件的抗拉强度大于1050 MPa的都要镀前消除加工应力并在镀后去氢,因此,有的教授认为凡是抗拉强度达到800 MPa(已属于高强钢)的就要去氢。对40Cr活塞杆只规定抗拉强度大于630 MPa而没规定上限是不够的,至少要限制上限在800 MPa以下。非正常失效活塞杆多数达到800~900 MPa,有的已超过900 MPa。

    对于大件(可认为直径大于300,长度大于12 m的应属于大件)尽管抗拉强度未达到800 MPa,专家认为也应镀前消应镀后去氢。

    前面谈到的导流底孔活塞杆可能就是因为镀前采取停置(7d)时效消应和镀后又进行了去氢才至今未锈蚀(泄洪深孔活塞杆却未进行镀前消应和镀后去氢)。

    关于镀前不消应及镀后不去氢的坏处,有些专家分析认为,镀铬时20%的电流用在镀铬上,20%的电流用在还原六价铬上,而60%的电流用于析氢。电镀时必然会折出镀液中的氢,析出的氢一部分进入大气,也有一部分进入母材中,如果未及时地将进入到母材中的氢驱除掉,就会在以后的加工过程中或安装中或使用中产生氢脆裂纹,这些裂纹将破坏镀层的结合力造成镀层剥落。因此,去氢应在镀后3 h内及时进行。

    电镀前,机械加工会对像40Cr这样的对应力敏感的材质产生加工应力,故也要进行消应处理,有应力存在就可能随时释放出来影响镀铬质量。

    也有专家指出,GB11379-89标准中表2横向第三栏“仅用于未喷丸工件减少氢脆和恢复疲劳强度而进行的热处理”就是指的抗拉强度小于1050 MPa的大件及40Cr这样的母材的去氢要求,也就是说标准中还是涵盖了这部份内容的。再说国标是针对普通的常规镀件而言,对大件及40Cr这样的材质一定更要严格要求。

3.2  活塞杆材质存在缺陷是非正常失效的原因之二

    (1)活塞杆表面存在一定量的杂质及疏松,这些缺陷用锻件标准衡量可能不超标,但对电镀却是严重的问题(尤其是这些缺陷不是单个的而是集中在一处)。电镀液中含有酸,电镀时,这些酸浸入到杂质及疏松部位中,电镀时虽然覆盖上了,但却是搭桥过去的,中间是空的,事后浸入的酸作怪,很快就从里向外腐蚀并成块剥落。有缺陷的表面在电镀过程中使氢析集,形成氢气气泡,造成镀层结合不牢,这就能很好解释为什么有的活塞杆外部涂有油脂,水气一时无法浸入,但不到一个月又锈蚀的原因;也能很好解释为什么用蓝点法测试时无孔隙而褪镀后基体上有蚀坑、裂纹的原因。

    (2)锻件锻造比过大也有可能造成材质缺陷。锻件锻造比一般要求大于或等于3,而有问题的活塞杆锻造比达到8以上,而过大的锻造比并不一定是好事,因为钢锭存在偏析是不可避免的,过大的锻造比就要求钢锭的中心线和锻件的轴线的一致性较高,才能避免钢锭的心部缺陷外露。当我们将有问题的活塞杆返修褪镀又将杆径车小后,发现杆的表面或多或少都存在缺陷,其中有大量的亮线及灰点,也有明显的疏松及裂纹,更有甚者是返修时未褪镀前用砂轮打磨锈蚀处发现基体上就已经存在有裂纹了。

    GB/T12611-90标准明确规定待镀件表面不允许有氧化皮、斑点、凹坑等缺陷。

    还有一种材质缺陷也是由加工造成的,有些锻件加工余量过大将表面密实部分加工掉了而露出了钢锭心部的缺陷。锻件校直不够加工时为了找正只好一边多车一边少车,结果多车那边将密实部分车掉了,而少车那边可能黑皮才刚车掉,这都是不正常的,都会对电镀质量造成不良影响。

    (3)锻造专家认为对直径大的40Cr锻件选用520℃的回火温度偏低(专家建议回火温度不低于550℃),不能很好地消除锻件中的应力,并且还应随炉冷却以便进一步地降低锻件表面的残余应力。残余应力是产生微裂纹的根源之一,其不良后果是同镀前不消应、镀后不去氢是一样的。

    材质存在的上述缺陷是造成电镀层非正常失效的主要原因,这种先天不足是不能用后天的电镀来弥补的。

4  返修后又很快失效的原因

    返修后又很快失效的主要原因是褪镀后少了去氢工序。褪镀液中含有较浓的酸,酸造成氢脆,因此,应在褪镀后3 h之内进行去氢。褪镀后去氢不只是对40Cr这种对氢敏感的材质,就是对35#钢、45#钢及所有褪镀件都必须去氢。褪镀后不去氢可能在下一步电镀过程中就会造成不良影响,这是不能用镀后去氢加以弥补的。

    另一个造成返修后很快失效的次要原因可能是返修时增加了电镀时的电流密度。在无实践经验的情况下轻易改变在水工行业用了几十年、电镀过近10万根活塞杆的工艺是有风险的。

    就这个问题,有些专家认为,只要硬铬的硬度能达到,还是用小电流好,因为电流大析出氢就多,进入杆件基体的氢也多,会产生更多气泡,电流大镀层表面应力也大,但不密实,易产生裂纹与剥落。

    要求电镀电流达到30 A/dm2只是部分书上写的,水工行业并未在这样大的杆件上实践过,而日本的书就写明“根据需要也有用40℃,10~15 A/dm2低温低电流电镀”的。专家还说我们国内五机部的厂已用低电流电镀多年,工艺是成熟的。最近某电镀厂的厂长参加了有英国人参加的纺织机械订货会,在谈到电镀时,将他们厂的电镀工艺给英国人看,结果英国人不认可,英国人要求将电流密度减小到5A/dm2,并说只有这样才能使Cr的沉积速度慢,沉积速度慢则结晶细。厂长说效率太低了,英国人回答我不管效率,我只要质量。

 
作者:中国三峡总公司金结检测中心 任中伟 路芳亭 
 
 
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