钢结构件热镀锌产生的应变时效开裂
时间:2019-07-01 17:40 来源:雅延咨询 作者:雅延 点击:
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热度工艺时常发生各种各样问题,比如焊缝开裂、材料开裂等,很多人都不知道怎么回事,其实热度工艺也会导致开裂,因为热度时材料变得“脆弱”了。最典型的一种情况,就打孔的构件,在热镀锌时,钢材顺着打孔位置发生开裂:这种顺着打孔位置或者钢材边缘部位,一到热镀锌时就开裂的情况就属于应变时效脆性开裂。应变时效开裂成因在镀锌过程中,发生应变时效断裂有
热度工艺时常发生各种各样问题,比如焊缝开裂、材料开裂等,很多人都不知道怎么回事,其实热度工艺也会导致开裂,因为热度时材料变得“脆弱”了。最典型的一种情况,就打孔的构件,在热镀锌时,钢材顺着打孔位置发生开裂: 这种顺着打孔位置或者钢材边缘部位,一到热镀锌时就开裂的情况就属于应变时效脆性开裂。 应变时效开裂成因 在镀锌过程中,发生应变时效断裂有两种可能的情况:
一、镀锌之前,必须“引入”应力。冲孔、开槽、剪切、剧烈弯曲等冷加工操作,都可能导致钢内部产生“应力“。如果在镀锌之前不进行应力释放处理,在镀锌的过程中,这些冷加工引入材料内部的应力,会转变成高的局部残余应力,并会导致应变时效脆性。
二,应变时效脆性也可能由钢中的夹杂物引起,例如在某些用于钢筋的品质较差的钢(例如地条钢),在加工现场折弯时发生的脆性断裂。 在较厚截面上的冲孔加工,对材料进行弯芯半径较小的弯曲或反复弯曲,都会导致钢的冷加工应力增加。如果一个部件由于应变时效脆性而开裂,这种开裂通常会直接在热镀后发生了,但对于钢筋,也可能会在施工现场发生,即使只是简单得搬运产生的应力,也足以使其发生应变时效脆性开裂。 钢在热镀完成后短时间即发生开裂现象,是应变时效脆性与氢脆的最大区别。
解决方案 有多种方法可以降低应变时效脆性的发生概率,但所有的方法实际是都是归结为:在热镀之前,降低钢中的残余应力。相关的方法包括:
1)弯曲半径应在截面厚度的3倍以上;
2)如果规定弯曲半径不得大于截面厚度的3倍,尽可能采用热弯曲;
3)在热镀之前,在 650-815°C之间退火。 当然还有其他方法也可以降低应变时效脆性。 应变时效脆性的原理 实际上,此处涉及两个概念,即应变时效,应变时效脆性。
应变时效:所谓“应变时效”,就是金属和合金在塑性变形时或塑性变形后所发生的时效过程。最常见的是变形后的时效,叫做“静态应变时效”(Static Strain Ageing,简称SSA);而变形和时效同时发生的过程,则叫做“动态应变时效”(DynamicStrainAging,简称DSA)。 应变时效与冷加工过程中塑性变形导致的应变相关。
现在一般认为,应变时效,主要是由于金属固溶体中的间隙溶质原子(如钢中的C、N)向位错偏聚并使之钉扎而造成的。由于在应变时效时并无第二相的析出,也不会有C、N化合物的聚集长大,所以随着时效时间的延长,强化效应不会消失,这是应变时效与淬火时效的本质区别。
注:淬火时效是指金属材料在淬火时,由于快速冷却而形成过饱和固溶体,且该固溶体处于不平衡状态,溶质原子有自发析出的倾向,时效时,第二相的脱溶符合固态相变的阶次规则,即在平衡脱溶相出现之前,会出现一种或多种亚稳定结构。平衡脱溶相出现后弥散分布的第二相质点,起强化的作用从而导致材料力学性能强化,塑性韧性下降。
应变时效脆性:一般而言,应变时效在室温下进展十分缓慢,但是在温度为450-460℃之间时,时效会进行得特别快,而这个温度正好是热镀锌工艺的加热温度。这种在高温状态下,时效加速所导致的材料快速变脆效应,就是所谓的热镀应变时效脆性。 需要指出的是,镀锌工艺本身并非是导致钢应变时效加速的原因,但是镀锌工艺的加热过程,导致了经受过剧烈冷变形的钢的应变时效脆性。