NASA Fastener Design Manual緊固件設(shè)計(jì)手冊(cè) - 翻譯 4/14

達(dá)文中

腐蝕

電偶腐蝕

當(dāng)兩種不同的金屬在電解液中存在時(shí),，如水分，就會(huì)形成電偶腐蝕,。兩種材料中最活躍的(陽(yáng)極)被侵蝕并沉積在最不活躍的(陰極)上,，這就產(chǎn)生一個(gè)電偶電池（原電池）,。請(qǐng)注意,，下面列表中兩種材料的距離越遠(yuǎn),，它們之間的電偶作用就越大,。
根據(jù)參考文獻(xiàn)2，一些常用工程材料的電偶等級(jí)如下:

1	Magnesium (most  active)	鎂(最活躍)
2	Magnesium alloys	鎂合金
3	Zinc	鋅
4	Aluminum 5056	鋁5056
5	Aluminum 5052	鋁5052
6	Aluminum 1100	鋁1100
7	Cadmium	鎘
8	Aluminum 2024	鋁2024
9	Aluminum 7075	鋁7075
10	Mild steel	低碳鋼
11	Cast iron	鑄鐵
12	Ni-Resist	Ni-抗蝕劑
13	Type 410 stainless  (active)	410型不銹鋼(活潑型)
14	Type 304 stainless  (active)	304型不銹鋼(活潑型)
15	Type 316 stainless  (active)	316型不銹鋼(活潑型)
16	Lead	鉛
17	Tin	錫
18	Muntz Metal	蒙氏銅鋅合金
19	Nickel (active)	鎳(活潑型)
20	Inconel (active)	鉻鎳鐵合金(活潑型)
21	Yellow brass	黃銅
22	Admiralty brass	金鐘黃銅
23	Aluminum brass	鋁黃銅
24	Red brass	紅黃銅
25	Copper	銅
26	Silicon bronze	硅青銅
27	70-30 Copper-nickel	70-30銅鎳
28	Nickel (passive)	鎳(鈍化)
29	Inconel (passive)	鉻鎳鐵合金(鈍化)
30	Titanium	鈦
31	Monel	蒙乃爾銅-鎳合金
32	Type 304 stainless  (passive)	304型不銹鋼(鈍化)
33	Type 316 stainless  (passive)	316型不銹鋼(鈍化)
34	Silver	銀
35	Graphite	石墨
36	Gold  (least active)	金(最不活躍)

請(qǐng)注意活潑型和鈍化后的304和316不銹鋼之間的差異,。這里的不同之處在于通過(guò)在空氣爐中氧化或用酸處理表面來(lái)完成不銹鋼的鈍化以形成氧化物,。這種氧化物表面在兩種情況下都是相當(dāng)惰性的，并且阻止了電偶活動(dòng),。由于陽(yáng)極在原電池中被腐蝕,，所以它應(yīng)該在電池中占較大的質(zhì)量。因此,，在不銹鋼或銅組件中使用碳鋼作為緊固件是一個(gè)糟糕的設(shè)計(jì)。反過(guò)來(lái),，不銹鋼緊固件可用于碳鋼組裝件,，因?yàn)樘间撌顷?yáng)極。鎂因?yàn)樗�的高�?qiáng)度重量比經(jīng)常用于輕量化設(shè)計(jì),。但是,，它必須通過(guò)惰性涂層(如鉻酸鋅底漆)與緊固件完全絕緣，以防止極端的電偶腐蝕,。在電鍍系列中,，鍍鎘或鍍鋅緊固件與鎂最接近，如果絕緣涂層損壞,，則是最兼容的緊固件,。

應(yīng)力腐蝕


當(dāng)受張拉應(yīng)力的零件被放置在腐蝕性環(huán)境中時(shí)，就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕,。由于腐蝕環(huán)境產(chǎn)生的表面缺陷(通常是凹坑或裂紋),，一個(gè)原本具有延展性的部件將在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的情況下失效。一般來(lái)說(shuō),，材料的熱處理溫度越高(延展性越低),，就越容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。緊固件材料制造商已被迫開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)力腐蝕不太敏感的合金,。在不銹鋼中,，A286是航空航天使用的最佳緊固件材料。它不容易受到應(yīng)力腐蝕,，但通常只生產(chǎn)160-ksi的強(qiáng)度(220-ksi A286緊固件可在特殊訂單上購(gòu)買(mǎi)),。強(qiáng)度較高的不銹鋼緊固件(180至220 ksi)通常由17-7PH或17-4PH制成，它們易受應(yīng)力腐蝕,。如果成本和進(jìn)度不受限制,，可以使用Inconel 718或MP35N等高溫合金緊固件。另一種選擇是使用高強(qiáng)度碳鋼(如H-11工具鋼,，其極限抗拉強(qiáng)度為300 ksi)并提供腐蝕保護(hù),。然而,，如果可能的話，最好使用更多普通品種和強(qiáng)度的緊固件,，而不是使用一些高強(qiáng)度的緊固件,。高強(qiáng)度緊固件(大于180 ksi) 會(huì)帶來(lái)諸如脆性、嚴(yán)重缺陷,、鍛造封頭,、螺紋冷軋以及嚴(yán)格質(zhì)量控制程序的必要性等問(wèn)題。質(zhì)量控制程序如X射線,，染料滲透劑,，磁粉，螺紋半徑和頭部半徑檢查通常用于高強(qiáng)度緊固件,。


氫脆


每當(dāng)存在與金屬密切相關(guān)的游離氫時(shí),，就會(huì)發(fā)生氫脆。由于大多數(shù)電鍍工藝是電解槽類型,，因此存在游離氫,。有三種類型的氫金屬問(wèn)題：(1)氫化學(xué)反應(yīng)：氫與鋼中的碳反應(yīng)生成甲烷氣體，可導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展和強(qiáng)度降低,。氫還可以與鈦,、鈮或鉭等合金元素反應(yīng)形成氫化物。因?yàn)闅浠�物的�?qiáng)度不如母體合金,，所以它們降低了零件的整體強(qiáng)度,。(2)內(nèi)部氫脆：氫可以留在溶液間隙中(顆粒結(jié)構(gòu)中的晶格之間)，并可在驗(yàn)證測(cè)試后導(dǎo)致延遲故障,。沒(méi)有外部跡象表明氫的存在,。(3)氫環(huán)境脆化：這個(gè)問(wèn)題只存在于高壓氫環(huán)境中，例如儲(chǔ)氫罐,。除非緊固件在這種壓力容器內(nèi)受到壓力,，否則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。大多數(shù)電鍍規(guī)范現(xiàn)在規(guī)定,，電鍍碳鋼緊固件“應(yīng)在電鍍后2小時(shí)內(nèi)在375±25°F下烘烤不少于23小時(shí),，以提供氫脆消除”(參照標(biāo)準(zhǔn)MIL-N-250270)。過(guò)去,，電鍍規(guī)范要求在電鍍后4小時(shí)內(nèi)在375±25°F下烘烤3小時(shí),。這種處理被發(fā)現(xiàn)是不充分的，大多數(shù)電鍍規(guī)格在1981-82年度進(jìn)行了修訂,，以反映較長(zhǎng)的烘烤時(shí)間,。氫脆問(wèn)題也隨著緊固件強(qiáng)度的增加而增加。


鎘脆


材料的氫脆失效被很好地記錄下來(lái)(參考文獻(xiàn) 3),，但是鎘的脆化效應(yīng)并沒(méi)有被記錄,。一般來(lái)說(shuō),，鍍鎘部件的失效起始溫度可低至325°F，而鎘脆失效起始溫度可達(dá)400°F左右,。由于這兩種元素通常都存在于鍍鎘部件的高溫故障中,，兩者的共同作用可能是災(zāi)難性的。每種方法的單獨(dú)作業(yè)效果是不確定的,。

參考文獻(xiàn):

2. Pret,ention uf Material Deterioration: CorrosionControl Course–U. S. Army Logistics Engineering Directorate–Nov. 1970.
3. ASM Metals Handbook. 9th ed., Vols. 1, 2, 3, 5, 13, American Society for Metals, Metals Park, OH

  

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