高强度钢材的防腐特种工艺技术”见解

　　上海飞机制造厂陈松祺摘要：高强度材料（钢、铝、钛、镁）在国防工业上和航空、航天中许多重要及受力结构件，应采用功能性防腐工艺，是有愈多特殊要求，技术难度很高，国内外将热加工：锻、铸、焊、热处理、表面处理等工艺，为“特种工艺”，已形成了一整套齐全的科学的先进的管理和控制方法，来产品良好质量。本文重点介绍高强度钢的防腐特种工艺和特殊要求。供参考。

　　关键词：氢脆（HdyrogenEmbrittlement）应力腐蚀（StressCorrosion）

　　1.概述慧聪网是高举的旗帜，创造性推出了慧聪表面处理网《中国行业资讯大全。表面处理行业卷》使成为广大科技者了解表面处理现状及发展趋势的窗口，是有目共睹。08年“神七载人飞船”和自制的“ARJ-21”支线飞机能成功飞，其中高强度钢极为重要，因航空、航天是高科技，主要目标向高速度和大体积发展，对材料的强度-重量比要求很高。例如：一架大飞机中许多重要结构件，起落架、发动机吊架、对待大螺栓等，因采用了高强度钢后，使整机重量可以减轻上千公斤，但高强度钢的防护工艺一直是世界共同认为很复杂和难解决的问题，因技术和质量控制上的小小疏忽将会造成重大事故，在航空史上不胜枚举，所以要求极为慎重，但我国对高强度钢防护有几十年研究。积累许多防护工艺成功的经验，为此：介绍一下高强度钢防护特种工艺研制到用上大飞机上几点体会供交流。

　　2.高强度钢防护的难题是什么？飞机上受力的重要结构件都采用高强度钢，但高强度钢的韧性会随其强度的提高而下降，强度的提高是由钢材化学成分和热处理工艺来实施，由于强度的提高，这时候材料对缺口、氢脆、应力腐蚀都会很，尤其是“氢脆”会使会这类材料在设计载荷能力下即产生。材料强度级别越高，受氢程度也越严重，受应力也越大，氢脆性也越大，氢脆性几乎不降低冲击强度，但在低于材料的极限拉伸强度的静载荷作用下，经过一段时间后，突然发生断裂，即所谓的“延迟断裂”或“静疲劳断裂”，大半是在地面上装载货物或地面上滑跑时产生断裂，为此“氢脆断裂”是航空重要结构件潜在的“隐患”引起全世界重视。50年代航空用的高强度钢其抗拉强度为1034-1239Mpa时。当低于1034MPa时，吸收了1-10ppm的氢不会发生明显的“氢脆断裂”，但热处理后抗拉强度达到1760Mpa以上，仅吸收0.03-0.05ppm的氢就会发生显著断裂，所以对抗拉强度Rm>1300Mpa以上的高强度钢，国内外文件明确严禁酸洗、阴极除油、电镀（镀铬除外），不可用酸退镀层，退漆剂也应是不会产生氢，其目的是防止氢渗入基体，要绝对在电镀时无氢是不可能的，就研究使槽液达到低氢，镀层多孔（镀铬和松孔镀镉），易排氢或使镀铬层含0.1%-0,7%的Ti，能具有氢到基体，也有很好的排氢效果，更可贵的有很好的耐蚀性，耐盐雾试验高达2000小时以上，为了彻底的达到无氢目的，就是再采用高达23小时以上的连续除氢，还必须通过氢脆试验（缺口持久拉伸）按材料抗拉强度的75%计。200小时不拉断，氢脆为合格，蛋槽液应是低氢脆，经测氢仪可测出。“HP-1000以下（吸氢少）。“入”60秒以下（排氢快）该槽液可进行生产，但“缺口持久拉伸试验”是“氢脆试验仲裁”，因此：能研制成功低氢脆镀液和高耐蚀镀层“氢脆”通过了，该“难题”就迎刃而解了。但用上飞机产品还应做许多工作。美国DC-10飞机用松孔镀镉，B-747用氰化镀镉钛，我国用“低氢脆无氰镀镉钛”，80年代已用在国内外各种机型；胜过国外工艺。但还有镉存在。我国航空材料研究院已试成锌-镍合金将取代镉。向环保型的工艺热加工工艺发展。祝早日用上国内大飞机。该院离子镀铝技术也可。

　　3.高强度钢必须进行消除应力和镀后除氢强度的提高是由合金元素和热处理工艺来决定，但许多合金对应力腐蚀是的（即易蚀的）由于应力而加速腐蚀的现象称为“应力腐蚀”，应力腐蚀的形成，是持续的表面拉伸应力和腐蚀介质联合作用下引起的，它能导致正常的韧性材料产生裂纹和早期，这种也成为应力腐蚀开裂，其原因裂纹会沿着合金中不均匀的组织发展，而一般纯金属是不的。随着抗拉强度的提高，应力腐蚀则越，应力腐蚀裂纹容易产生，所以镀前应消除应力和镀后除氢，是对高强度钢进行电镀时时极重要措施，是防止锻炼重要工序，必须要严格执行。镀前消除应力和镀后除氢见表1

　　表1镀前消除应力和镀后除氢

　　4.高强度钢零件生产质量控制的重要性和方法航空产品的特殊性。就是“如何能确认飞行安全可靠，用什么来”。我国自70年代已开始研制大型客机，也达到各项性能指标，飞行很好，但无法投入批量生产和试航证领取，通过多年对国外航空产品的转包生产和合作生产中，加深对“热加工工艺”称为“特种工艺”认识。也就是对特种工艺的质量控制予以特别重视，目前我国在大飞机生产已形成了“一整套齐全的科学的现金的管理体系和质量控制程序具体做法”。“ARJ21”和“C919”一定会成功。中国科技工作者共同努力的结晶。但任务更艰巨，应引起对质量控制特别重视。高强度钢零件生产是控制全过程，从原材料开始和加工中所采用“冷加工工艺”和“热加工工艺”，生产时必需实行一整套严密的质量控制程序。质量控制部门加以实施，质量部门进行督促、检查、对加工每一环节都进行严格控制，且明确的技术指标。通过先进、可靠的控制设备和测试手段加以，把质量隐患消灭在产品加工之前。为了产品质量和便于质量以及进行质量评估等。需采用包括生产文件的质量审计。生产线的设备控制。加工原始记录。质量控制试片评定和超差品处理等全过程的质量控制。表面处理质量控制分（文件、材料、设备、工序、、、人员）以及质量指标，原始记录等。也是世界大飞机生产。都一样进行这些工作。才能飞行安全。国内外大飞机取得成功和特种工艺质量控制分不开。但生产飞机所有产品的厂家都必须经过生产许可和检查通过才可作为可靠供应商。AJR-21目前制造和供应商有密切合作分不开的。5.高强度钢的“氢脆”和“后脆”如何方决5.1氢脆的防止方法：5.1.1避免在金属表面上有产生氢的条件，应从设计、选才、改善、材料方面及工艺角度，考虑材料在冶炼、锻、铸、热处理、焊接、电镀、机械加工等过程中易吸收氢的因素等。采取有效的措施。5.1.2改善及介质中引入的氢，这类外来氢脆，即金属材料在使用过程中，也会产生不同程度的氢脆，可改变介质的性质，使氢成为无害的H2在金属表面逸出。5.1.3选择给定介质中能抗氢脆的合金。5.1.4改善零件对氢的，例如：选择一般强度钢，或对强度较高的钢，喷砂，喷丸，滚压等形成压应力，可减少氢脆。5.1.5对零件应采取消除应力，镀后立即进行除氢。5.1.6改变用电镀的防护方法。避免氢的存在，可用离子镀，溅射镀，真空蒸镀等，或喷镀、刷镀以及喷涂涂料等工艺，但不能用在液压系统产品。5.1.7产品必须进行氢脆试验合格后才允许上飞机。

　　5.2后脆性的防止方法：因飞机飞行很恶劣，使用寿命为二十年左右，因此：对镀层耐蚀性要求很高，因镀层大都是阳极镀层，在钢基体上将产生氢，并可能渗入其内部，这时微量的氢和应力共同作用，就导致“氢脆断裂”这种由于镀层腐蚀而导致的氢脆现象称之为“后脆”，这类零件多数是重要结构件，起落架等，因此：必须采用电镀后再喷耐蚀性好的涂层，有聚氨酯漆等，飞机上都有明确要求，必须严格执行，对防止后脆性起作用。