摘 要:某燃油直通管接头的65Mn钢弹簧垫圈在安装不到两个月后,其侧面发生大面积锈蚀。 通过宏观观察、金相检验、扫描电镜及能谱分析、硬度试验和开路电位试验等方法,分析了弹簧垫圈 锈蚀的原因。结果表明:弹簧垫圈侧面的锈蚀产物主要为 Fe2O3;弹簧垫圈锈蚀的主要原因是其在 装配过程中与平垫圈和锁紧螺母之间发生摩擦,导致其表面氧化膜部分发生脱落,在气密性检查残 留的皂液环境中,造成了弹簧垫圈的锈蚀。
关键词:弹簧垫圈;发蓝处理;锈蚀
中图分类号:TS912+.3 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)01-0023-05
弹簧垫圈是一种被广泛用于机械产品承力和非 承力结构中的标准件,其特点是利用开口所形成的 左旋弹簧结构,有效防止右旋螺纹紧固系统的松动。 因此,在有震动的部件连接中,弹簧垫圈具有较好的 防松和预紧力补偿等作用。另外,其成本低廉且安 装方便,适用于拆装频繁的部位。
GB859轻型弹簧垫圈采用65Mn钢制成,表面 处理为氧化发蓝。65Mn钢是一种典型的弹簧钢材 料,具有强度高、淬透性好、脱碳倾向小、价格低廉、 切削加工性好等优点,但是这种材料具有过热敏感 性和回火脆性,易产生淬火裂纹。65Mn钢主要用 于生产钢丝、钢带,制造各种截面较小的扁弹簧、圆弹簧、板簧和弹簧片等。近年来,报道的多起事故均 因65Mn钢弹簧垫圈额外增加了镀层工艺而产生氢 脆断裂[1-4],关于其在服役状态下发生的腐蚀失效却 鲜有报道。
腐蚀失效是在机械、化工、冶金等工程领域除疲 劳失效以外最为常见的失效形式之一,其影响和造 成的经济损失巨大。据估算,我国2009年因腐蚀造 成的经济损失已经超过1万亿元[5]。弹簧垫圈一旦 出现问题就会使紧固件防松失效,导致整个产品不 能正常工作,这会给产品使用造成严重影响[6]。
某结构组件上安装的扩口式 A 型燃油直通管 接头(HB4-5-10)顺航向后端的弹簧垫圈 GB859-18- 65Mn(以下简称弹垫,材料牌号为65Mn,热处理工 艺为淬火+回火,表面处理工艺 为 发 蓝 处 理),在 气密性检查后,发现其侧面有大面积锈蚀,并已扩 展到左右两边的 HB4-46 M18×1.5锁紧螺母(材料牌号为2A12,热处理工艺为 T4,表面处理工艺 为阳极化)和 HB1-521平垫圈(以下简称平垫圈, 材料牌号为 LY12)。锈蚀弹垫的三维装配结构及 锈蚀位置见图1。
根据现场了解,该弹垫夹在锁紧螺母和平垫圈 之间,通过锁紧螺母结构组件连接另一侧的燃油管 螺纹接头。该弹垫已安装一个多月,且此处燃油管 螺纹接头有气密性检查要求,现场气密性检查时使 用皂液是为了方便气密性目视检查。将锈蚀位置处 的组件拆卸后发现,弹垫两侧的锁紧螺母和平垫圈 表面的阳极化膜层均已被弹垫开口锐角端划破,基 体暴露并与弹垫直接接触。
笔者通过宏观观察、微观形貌观察、金相检验和 化学成分分析、扫描电镜及能谱分析等方法,确定了 弹垫锈蚀模式。在此基础上,对氧化膜层完好和破 损的弹垫的开路电位进行测量,进一步确定了该弹 垫锈蚀的根本原因。
1 理化检验
1.1 宏观观察
由图2可见:拆卸后的弹垫除侧面有不均匀、不 连续的红棕色锈蚀外,两个承力面也存在大面积锈 蚀;两个承力面远离弹垫开口端处的锈蚀比其他区 域严重;弹垫开口端受力位置和两个承力面表面的 黑色氧化层发生部分脱落,隐约可见银白色金属基 体。对库房中同批次的其他弹垫进行检查,未见其 表面黑色氧化层发生破损和产生锈蚀产物。弹垫外 周及各承力面表面有均匀完整的黑色氧化发蓝层, 在库房环境中,零件表面均涂抹了防锈油并用牛皮 纸包装进行存放。
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