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進(jìn)口軸承小孔腐蝕形成機(jī)理

發(fā)布時(shí)間:2020-02-18人氣:13

 

 1 小孔腐蝕的特征
  近期以來,在軸承生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),常發(fā)現(xiàn)軸承套圈表面出現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)的準(zhǔn)圓形或長圓形黑點(diǎn)狀缺陷,如圖1所示。特別是單點(diǎn)缺陷,經(jīng)常會(huì)誤認(rèn)為是材料缺陷,對(duì)套圈進(jìn)行金相制樣發(fā)現(xiàn),與材料缺陷不同的是,它們都發(fā)生在套圈的表面,內(nèi)部尖深,內(nèi)部的顯微金相組織并無異常。進(jìn)一步的微觀分析可知,這些缺陷實(shí)質(zhì)是一種表面局部腐蝕——小孔腐蝕。

圖1 軸承套圈表面的局部腐蝕 (10×)
  小孔腐蝕外觀為圓形或長圓形的黑(深灰)點(diǎn),最大直徑一般不超過0.2mm,隨機(jī)分布且較分散。
  將點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行縱向解剖,進(jìn)行顯微觀察,腐蝕孔的截面形態(tài)為腐蝕垂直于表面向縱深發(fā)展(圖2)。經(jīng)分析,坑底物質(zhì)主要是FeCl2?4H2O和Fe3O4,為腐蝕產(chǎn)物[1]。嚴(yán)重的小孔腐蝕還可能伴生氫脆或應(yīng)力腐蝕,所以這是一種危害很大的缺陷。

圖2 小孔腐蝕
  2 小孔腐蝕形成機(jī)理
  正常情況下,金屬表面都有一層鈍化膜,保護(hù)金屬不發(fā)生氧化和腐蝕,但由于金屬表面存在化學(xué)或物理性質(zhì)的不均勻性,例如較大的成分波動(dòng)、非金屬夾雜、異物粘附、機(jī)械損傷、氧化膜裂隙等等,使得表面鈍化膜可能被破壞。失去了鈍化膜的金屬表面即處于活性溶解狀態(tài),此時(shí)如果遇到一定濃度的電解質(zhì)溶液,電解質(zhì)溶液中的侵蝕性陰離子(如Cl-)會(huì)受活性的金屬表面陽離子作用而發(fā)生電遷移,富集于金屬陽極表面,引起金屬電極的腐蝕電位升高;當(dāng)金屬陽極腐蝕電位高到一定程度,達(dá)到形成腐蝕核的臨界值,陽極開始溶解,陽極電流急劇增大,同時(shí)在金屬表面形成凹坑。這是一個(gè)不可逆反應(yīng)[1],如下
  Fe→Fe2++2e ?。?)
  又由于表面的凹陷阻滯了陰離子(Cl-)和金屬陽離子的向外擴(kuò)散,凹坑內(nèi)繼Fe的陽極溶解反應(yīng)之后,又進(jìn)行了Fe2+的水解反應(yīng)(可逆反應(yīng)):
  Fe2++H2O?FeOH++H+ ?。?)
  使得孔內(nèi)H+的濃度增高,同時(shí)離子的電遷移過程也增加了孔內(nèi)陰離子的濃度。如果陰離子為Cl-,這就相當(dāng)于隨著腐蝕孔的發(fā)展,不斷向孔內(nèi)添加HCl溶液一樣。
  上述過程不斷循環(huán),腐蝕坑不斷加深,形成小孔腐蝕(圖3)。

圖3 鋼在含Cl-溶液中的小孔腐蝕機(jī)理
  文獻(xiàn)[2]示出了孔底陽極電流密度I=1A/cm2時(shí),孔內(nèi)的pH值隨孔深度x的變化曲線,如圖4所示。從圖中曲線可以看到,若在孔外(x=0處)pH=10,那么孔深x=0.01cm處的pH值已劇降至4以下,亦即,此時(shí)孔底的H+的濃度比孔外的高一百萬倍以上。

圖4 孔內(nèi)溶液的pH值隨孔深的變化
  3 小孔腐蝕再現(xiàn)試驗(yàn)
  取2個(gè)6205軸承內(nèi)圈車制件,切割成兩半,一半用于檢查,一半用于小孔腐蝕再現(xiàn)試驗(yàn)。
  依據(jù)GB/T18254-2002,分別取2個(gè)套圈的一半,檢查其低倍、非金屬夾雜物、顯微組織和碳化物均勻性(表1),均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表1 套圈材料組織檢查 級(jí)

  再將2個(gè)套圈的另一半置于10%的HCl水溶液(pH=5)中,加熱至50e(模擬南方夏日室外溫度),保溫30min,然后將試樣用清水沖洗并拭干,樣品表面會(huì)呈現(xiàn)一些很小的黑色腐蝕點(diǎn)。在腐蝕點(diǎn)位置切開樣品,從截面觀察腐蝕點(diǎn),其形態(tài)特征及坑底腐蝕產(chǎn)物與圖2和圖3一致。
  4 小孔腐蝕預(yù)防與處理
  一般來說,光滑、清潔和干燥的表面上不易發(fā)生小孔腐蝕。軸承零件發(fā)生腐蝕的原因有很多,最常見的是潮濕空氣、海風(fēng)海水、汗液的侵蝕,防銹油(脂)氧化變質(zhì),以及工序間各種化學(xué)處理過程(如酸洗、酸印等)未能及時(shí)中和并清洗干凈等等;還有目前一些地區(qū)環(huán)境污染嚴(yán)重,酸雨、酸霧頻繁發(fā)生,其中富含的硝酸、鹽酸使得零件產(chǎn)生小孔腐蝕的傾向大增[3]。
  小孔腐蝕的形成必須具備2個(gè)條件:金屬表面鈍化膜有局部破壞和金屬表面有侵蝕性陰離子(如Cl-)存在。因此要預(yù)防零件發(fā)生小孔腐蝕,首先要保持零件表面清潔和避免物理和化學(xué)損傷,特別注意要避免接觸含鹽(NaCl)或酸的溶液。
  在軸承生產(chǎn)過程中,很多環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生小孔腐蝕,特別是套圈車加工后的儲(chǔ)存和周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。有時(shí)套圈車削后,沒有馬上進(jìn)行熱處理,這時(shí)表面的鈍化膜比較脆弱易發(fā)生小孔腐蝕;由于車制件是毛坯零件,常常不重視對(duì)其進(jìn)行必要的表面防護(hù),提供良好的儲(chǔ)存環(huán)境,避免磕碰傷,也導(dǎo)致了小孔腐蝕的發(fā)生;隨著車制件儲(chǔ)存時(shí)間的持續(xù),可能會(huì)生成較深的腐蝕孔,以致于磨加工都不能消除這些小孔。
  一旦零件表面形成小孔腐蝕,如果其尺寸允許,應(yīng)采用適當(dāng)?shù)哪ハ髁?,盡可能將腐蝕坑磨去,不留殘余;并通過如噴淋防銹液等化學(xué)或電化學(xué)方法,重新建立表面鈍化膜,以防腐蝕再次發(fā)生[3]。但在生產(chǎn)中亦應(yīng)注意,由于小孔腐蝕深度較深,直徑也較小,往往去除不徹底,導(dǎo)致孔底繼續(xù)陽極反應(yīng),使小孔繼續(xù)變深。因此,除過銹的零件最好在防銹液中浸泡一段時(shí)間,以改善金屬陽極電位,恢復(fù)金屬表面鈍化膜。
  5 結(jié)束語
  小孔腐蝕不僅影響軸承的精度和表面粗糙度,而且還降低其使用壽命,甚至導(dǎo)致報(bào)廢,因此應(yīng)引起人們的充分重視。特別是處于潮濕、炎熱、近海的氣候環(huán)境,更要避免小孔腐蝕這類問題的產(chǎn)生。嚴(yán)格按照清洗防銹規(guī)程對(duì)加工過程中的軸承套圈進(jìn)行防銹處理,使用的清洗液、防銹油(液)應(yīng)滿足工藝技術(shù)規(guī)定的要求;同時(shí)加快生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的周轉(zhuǎn)速度,防止各種磕碰傷。

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