液壓啟閉機(jī)活塞桿鍍鉻層非正常失效分析

任中偉　路芳亭

摘要：水利水電工程中的液壓啟閉機(jī)活塞桿絕大多數(shù)采用鍍鉻進(jìn)行防腐，幾十年的經(jīng)驗證明運(yùn)行良好，可近幾年在幾個水電工程中大型活塞桿的鍍鉻層使用一年內(nèi)即出現(xiàn)了銹蝕，其原因值得認(rèn)真分析。

關(guān)鍵詞：活塞桿；電鍍；繡蝕；原因

中圖分類號：TV664文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

本文所講的非正常失效主要是指活塞桿在使用—年內(nèi)即產(chǎn)生銹蝕及鍍鉻層的破壞。

我們發(fā)現(xiàn)，在同一工程中泄洪深孔油缸的活塞桿很快銹蝕了，可相同直徑、長度還稍長的導(dǎo)流底孔的活塞桿卻沒有銹蝕，所以對這種活塞桿很決失效的真正原因應(yīng)作深入的探討。

1 鍍鉻層的正常失效

(1)由針孔及孔隙造成的銹蝕。鍍雙層鉻(先鍍?nèi)榘足t后鍍硬鉻)不可避免地會出現(xiàn)孔隙，使用時，水氣通過針孔從孔隙到達(dá)母材，時間長了就逐漸銹蝕，銹蝕面積大了、嚴(yán)重了就進(jìn)一步造成鍍鉻層剝落，這種失效在褪鍍后蝕坑邊緣是圓滑的。

(2)磨損造成的鍍層減薄，當(dāng)鍍層全部被磨損就會產(chǎn)生銹蝕。

2 近期所見鍍鉻層的幾種非正常失效

(1)銹蝕部位在褪鍍后蝕坑邊緣是非圓形的(有折角)或出現(xiàn)裂紋或出現(xiàn)麻絲狀其尾部是尖的，電鍍專家認(rèn)為這都是比較典型的由內(nèi)部應(yīng)力造成的失效。

(2)活塞桿涂有油脂的外仲部位在油脂層未損壞悄況下不到一個月的時間就銹蝕了。

(3)在對返修的活塞桿進(jìn)行褪鍍前檢測時．用藍(lán)點法(貼濾紙法)測試孔隙木測出藍(lán)點，而褪鍍后發(fā)現(xiàn)該處有裂紋或蝕坑。

(4)褪鍍后經(jīng)加工的表面還有疏松，有的經(jīng)油浸后留有油跡（擦不掉但用砂布能擦掉）凡留有油跡的地方必有灰點等缺陷。

3 鍍鉻層非正常失效的原因

3.1 對材質(zhì)抗拉強(qiáng)度大的大型活塞桿，未進(jìn)行鍍前消應(yīng)和鍍后去氫是非正常失效的原因之一

GBll379—89《金屬覆蓋層工程用鉻電鍍層》及GB/T12611-90《金屬零件鍍覆前質(zhì)量控制技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定凡鋼件的抗拉強(qiáng)度大于1050MPa的都要鍍前消除加工應(yīng)力并在鍍后去氫，因此，有的教授認(rèn)為凡是抗拉強(qiáng)度達(dá)到800MPa(已屬于高強(qiáng)鋼)的就要去氫。對40Cr活塞桿只規(guī)定抗拉強(qiáng)度大于530MPa而沒規(guī)定上限是不夠的，至少要限制上限在800MPa以下。非正常失效活塞桿多數(shù)達(dá)到800-900MPa，有的已超過900MPa。

對于大件(可認(rèn)為直徑大于300，長度大于12m的應(yīng)屬于大件)盡管抗拉強(qiáng)度未達(dá)到800MPa，專家認(rèn)為也應(yīng)鍍前消應(yīng)鍍后去氫。

前面談到的導(dǎo)流底孔活塞桿可能就是因為鍍前采取停置(7D)時效消應(yīng)和鍍后又進(jìn)行廠去氫才至今未銹蝕(泄洪深孔活塞桿卻未進(jìn)行鍍前消應(yīng)和鍍后去氫)。

關(guān)于鍍前小消應(yīng)及鍍后不去氫的壞處，有些專家分析認(rèn)為。鍍鉻時20%的電流用在鍍鉻上，20%的電流用在還原六價鉻上，而60%的電流用于析氫。電鍍時必然會折出鍍液中的氫，析出的氫一部分進(jìn)入人氣，也有一部分進(jìn)入母材中，如果未及時地將進(jìn)入到母材中的氫驅(qū)除掉．就會在以后的加工過程中或安裝中或使用中產(chǎn)生氫脆裂紋，這些裂紋將破壞鍍層的結(jié)合力造成鍍層剝落。因此，去氫應(yīng)在鍍后3h，內(nèi)及時進(jìn)行。

電鍍前，機(jī)械加工會對像40Cr這樣的對應(yīng)力敏感的材質(zhì)產(chǎn)生加工應(yīng)力，故也要進(jìn)行消應(yīng)處理，有應(yīng)力存在就可能隨時釋放出來影響鍍鉻質(zhì)量。

也有專家指出，GBll379-89標(biāo)準(zhǔn)中表2橫向第三欄“僅用于未噴丸工件減少氧脆和恢復(fù)疲勞強(qiáng)度而進(jìn)行的熱處理”就是指的抗拉強(qiáng)度小于1050MPa的大件及40Cr這樣的母材的左氫要求。也就是說標(biāo)準(zhǔn)中還是涵蓋廠這部份內(nèi)容的。再說國標(biāo)是針對普通的常規(guī)鍍件而言，對大件及40Cr這樣的材質(zhì)一定更要嚴(yán)格要求。

3.2 活塞桿材質(zhì)存在缺陷是非正常失效的原因之二

(1)活塞桿表面存在一定量的雜質(zhì)及疏松，這些缺陷用鍛件標(biāo)準(zhǔn)衡量可能不超標(biāo)，但對電鍍卻是嚴(yán)重的問題(尤其是這些缺陷不是單個的而是集中在一處)。電鍍液中含有酸，電鉸時，這些酸浸入到雜質(zhì)及疏松部位中，電鍍時雖然覆蓋上了，但卻是搭橋過去的，中間是串的，事后浸入的酸作怪，很快就從里向外腐蝕并成塊剝落。有缺陷的表面在電鍍過程中使氫析集，形成氧氣氣泡，造成鍍層結(jié)合不牢，這就能很好解釋為什么有的活塞桿外部涂有油脂，水氣一時無法浸入，但不到一個月又銹蝕的原因；也能很好解釋為什么用藍(lán)點法測試時無孔隙而褪鍍后基體上有蝕坑、裂紋的原因。

(2)鍛件鍛造比過大也有可能造成材質(zhì)缺陷。鍛件鍛造比一般要求大于或等于3，而有問題的活塞桿鍛造比達(dá)到8以上，而過大的鍛造比并不一定是好事，因為鋼錠存在偏析是不可避免的，過大的鍛造比就要求鋼錠的中心線和鍛件的軸線的一致性較高，才能避免鋼錠的心部缺陷外露。當(dāng)我們將有問題的活塞桿返修褪鍍又將桿徑車小后，發(fā)現(xiàn)桿的表面或多或少都存在缺陷，其中有大量的亮線及灰點，也有明顯的疏松及裂紋，更有甚者是返修時未褪鍍前用砂輪打磨銹蝕處發(fā)現(xiàn)基體上就已經(jīng)存在有裂紋了。

GB/T1261-90標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定待鍍件表面不允許有氧化皮、斑點、凹坑等缺陷。

還有一種材質(zhì)缺陷也是由加工造成的，有些鍛件加工余量過大將表面密實部分加工掉了而露出了鋼錠心部的缺陷。鍛件校直不夠加工時為了找正只好一邊多車一邊少車，結(jié)果多車那邊將密實部分車掉了，而少車那邊可能黑皮才剛車掉，這都是不正常的，都會對電鍍質(zhì)量造成不良影響。

(3)鍛造專家認(rèn)為對直徑大的40Cr鍛件選用520℃的回火溫度偏低(專家建議回火溫度不低于550℃)，不能很好地消除鍛件中的應(yīng)力，并且還應(yīng)隨爐冷卻以便進(jìn)一步地降低鍛件表面的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是產(chǎn)生微裂紋的根源之一，其不良后果是同鍍前不消應(yīng)、鍍后不去氫是一樣的。

材質(zhì)存在的上述缺陷是造成電鍍層非正常失效的主要原因，這種先天不足是不能用后天的電鍍來彌補(bǔ)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鍍后少了去氫工序。褪鍍液中含有較濃的酸，酸造成氫脆，因此，應(yīng)在褪鍍后3h之內(nèi)進(jìn)行去氫。褪鍍后去氫不只是對40Cr這種對氫敏感的材質(zhì)，就是對35#鋼、45#鋼及所有褪鍍件都必須去氫。褪鍍后不去氫可能在下一步電鍍過程中就會造成不良影響，這是不能用鍍后去氫加以彌補(bǔ)的。

另一個造成返修后很快失效的次要原因可能是返修時增加了電鍍時的電流密度。在無實踐經(jīng)驗的情況下輕易改變在水工行業(yè)用了幾十年、電鍍過近10萬根活塞桿的工藝是有風(fēng)險的。

就這個問題，有些專家認(rèn)為，只要硬鉻的硬度能達(dá)到，還是用小電流好，因為電流大析出氫就多，進(jìn)入桿件基體的氫也多，會產(chǎn)生更多氣泡，電流大鍍層表面應(yīng)力也大，但不密實，易產(chǎn)生裂紋與剝落。

要求電鍍電流達(dá)到30A/dm2只是部分書上寫的，水工行業(yè)并未在這樣大的桿件上實踐過，而日本的書就寫明“根據(jù)需要也有用40℃，10-15A/dm2低溫低電流電鍍”的。專家還說我們國內(nèi)五機(jī)部的廠已用低電流電鍍多年，工藝是成熟的。最近某電鍍廠的廠長參加了有英國人參加的紡織機(jī)械訂貨會，在談到電鍍時，將他們廠的電鍍工藝給英國人看，結(jié)果英國人不認(rèn)可，英國人要求將電流密度減小到5A/dm2，并說只有這樣才能使Cr的沉積速度慢，沉積速度慢則結(jié)晶細(xì)。廠長說效率太低了，英國人回答我不管效率，我只要質(zhì)量。