管件内壁镀铬龟裂纹浅析

I 9 9 3年 堇江科技 24 管 件 内壁 镀 铬 龟 裂 纹 浅 析 ( ， ， f， ．f／／ ，／ ———一 ( √ f 、 (摘要]蕾件t铬后，内壁t铬屡，|常出现龟曩哎．严■髟一了■件 生产的正常进行．本文针对簟铬龟曩皱这一问■，了龟曩垃产生的原 因，提出了鼻决此问一的方法． 关■饲 t铬 龟囊鼓 漂■电t 、 竿 ＼ 八 ＼／＼ f l 前 言 身管在工作时，产生的高温．高压的腐蚀性气体及转动体对身管内壁的反复作用，造成 身管内壁的烧蚀和磨损，破坏了身管的正常使用条件，致使身管寿命大大缩短．虽然提高管 件使用寿命的方法很多，但是，在管件内壁电镀抗蚀性强．摩擦系敢低．耐磨性好的电镀铬 层，仍是现代身管生产广泛采用的方法之一． 我厂现行生产的某产品管件内壁是采用电镀铬的方法来提高使用寿命．但是，我厂生产 的管件产品在加工过程中，因为管件内壁镀层在使用之前龟裂纹较重，造成大量退铬返工． 给该产品正常生产带来很大困难，同时也因为退铬返工每年给工厂造成数万元的经济损失． 因此，针对身管镀铬龟裂纹这一问题．对其产生原因及消除方法进行了探讨． 2 镀铬层龟裂纹产生的碌因 2． 1 镀铬前身管本身具有残余应力 我厂现行生产的某产品身管使用的材料是PCrNi3M0VA，比例极限为850MN m ，系 高强度钢。管件在电镀加工前，其毛坯经过深孔钻孔，磨削加工，电解加工内壁．车削外圆 后，内壁还经过机械磨削消除腐蚀点，擦刷去除毛刺和提高光洁度．以上的机械加工将产生 巨大的应力，同时也因强大的外力作用，造成晶格位错．在这样的基体金属表面上电镀铬层， 氢原子极易渗入钢铁基体，产生化学应力腐蚀和氢脆，在随后的加工过程中，因为应 力 释 放，导致镀铬层，甚至基体材料龟裂，形成网状龟裂纹。 2． 2 电镀铬溶液中氯离子含量过高 由于电镀铬溶液在配制和维护时，所使用的}匕工材料铬酐和硫酸因制造上的原因含有氯 离子。在生产过程中用 自来水冲洗零件，部分冲洗液因补加而被加入到镀铬槽 中 ，而自来 水里也含有氯离子。前处理中使用盐葭来除锈和活化金属表面，在冲洗时因夹具等原 因 有 死角也不易冲净，将部分氯离 了带入镀铬槽中。虽然在电镀铬过程中，因阳极电解作用可去 除部分 离子。 是，氯离子 为 -~rt．八- ¨ i 予电解作用去陈ff0量，所以氯离子在镀 维普资讯 http://www.cqvip.com 铃件内瞳镀铬龟裂纹浅析 第4期 铬槽 中仍可积累．当氯离子在镀铬溶液中的积累大于0．1g／L时，电镀铬层的网状裂纹明显 增加，当氯离子积累大于0．5g／L时，电镀铬层结合力显著下降．氯离子的存在和增加是镀 铬层产 生网状裂纹的重要原因之一． 、 2． 3 电镀铬工艺的影响 根据尤 ·布 ·费道罗夫的有 有裂纹 刚祀无裂纹 的铬层分界图可知，在我厂现行身管 镀铬工艺规范规定的，阴极电流密度为 l 8～ 2 5 A／c1ITI ，温度为 5 0～6 2‘一的工艺条 件下，所获得的电镀铬层正。处在裂纹嘲区域内．， ’ ． 在现行镀铬工艺条件下，阴极电流效率 仪为 1 0～ l 8％，阴极大量菥出氢 在5 0 ～ 6 2。C的镀铬溶液中，氢原子很容 易 镀铬层上吸附 ，而形成氢化铬(L～rH ．CrH)， 【【u时镀铬层上还要吸附一定的氧．经过对 硬 铬镀层结晶组织分析后得知，硬铬镀层中不 仪有稳定的空间体心立方晶格，而且还有不 稳 定的密叠六方品格和a～Mn型晶格． 具行 六方品格的镀铬层很不稳定，在随后的加]： 。 和存放过程 中 发生转变，生成稳定的体心- 立方晶格结构的铬层，并且释放部分的氢气 和氧气．镀铬层在由六方晶格向体心立方晶 格转变过程中，镀铬层密度增大，而体积收 缩，使镀铬层产生很大的内应力，致使镀铬 层产生网状龟裂纹。 尤 ·布 ·费道罗夫铬层分界图 2 ． 4 电镀铬后管件内壁磨削fi~-r也是产生网状龟爱纹的原因之一 管件内壁电镀铬后，因为内壁尺寸不符合产品使用要求和尺寸不均匀，有时需对内壁进 行磨削加工．内壁在进行磨削加工时，磨 颗粒与被加工的管件内壁接触区域内，温度迅速 上升，瞬时高温可达1000,-~1500‘C，在此高温作用下，镀铬层晶粒体积迅速增大，随 后 急 剧冷却，晶粒体积减小，并且基体金属和镀铬层的膨胀系数又不同，使金属外表面产生极大 的应力，在磨粒接触前产生压应力，磨粒接触后产生拉引力，导致镀铬层产生龟裂纹．此外 还因机械力的巨大作用，使镀铬层晶体结构发生歪扭变形，也会导致镀铬层龟裂纹的出现． 3 减轻或消除龟裂坟的方法 3． 1 增加电镀前的去应力回火工序 机械加工产生了巨大的内应力，应该在电镀铬工艺前给予消除，因此电镀铬前应增加一 道去应力回火工序．去应力回火应将身管加温到 l 8 0~-220。C，保温 3～4小时，随炉冷 却至室温．在消除内应力的同时，也可以消除部分品格缺陷，降低氢向管件基体金属材料的 渗透能力． 维普资讯 http://www.cqvip.com l 9 9 3年 望江科技 ； 3． 2 加强檀液维护，严防有害物质进入电镀铬溶液 在配制和补加镀铬溶液时，使用的各种化工原材料须保证足够的纯度，特别是不能使用 含氯离子过高的药品．不允许向镀铬槽中加入含有氯j|孳子的自来水；回收镀铬溶液而使用的 回收用水，也应使甩去离子水．同时也应防止其它途径将氯离子带入镀铬溶液中．在生产过 程中应定期检测化验，严格控制镀铬溶液中氧离子，其含量控制在5 0 mg／L以下． 3． 3 严格控制镀铬工艺参教，保证电镀铬屡孽度，辰■避免内壁磨削加工 我厂现在电镀加工的管件，因电镀工艺参数控制欠佳，造成镀铬层上部沉积速度快，镀 铬层较厚，]=端镀铬层较薄，故常常需多次电镀才能合格。因而造成管件两端镀铬层厚 较 厚，尺寸超差，内壁靠磨削加工才能使尺寸合格．造成镀铬层上部沉积速度快， 下部沉积速 度慢的主要原因是镀铬溶液中三价铬含量过低，阳极和阴极之间距离过小。可以适当提高镀 铬溶液中三价含量在 5～ 7 g／L的范围，并将阳极适当加工成一定锥度，改进电力线分布， 使电镀铬层在身管内壁分布均匀，消除电镀铬层厚薄不均现象，从而避免内壁的磨削加工． 3．4 改变镀铬层的结晶组织，消除龟纹现象 ． ， ． 一 根据阿尔哈洛夫的研究学说，电解铬层的结晶组钐：与阴极电流密度和镀铬溶液的温度仃 关。当阴极电流密度高，而镀铬溶液的温度低时，得到灰暗色的镀铬层，镀铬层的特征是硬 度高，脆性较大，网状缝纹粗大，该镀铬层没有使用价值．当镀铬溶液温度适中，而阴极电 流密度也适中时，电解沉积的铬层为光亮铬层，其特征是硬度较高，镀层结晶细致。有密集 的细网状裂纹，所以这种电镀铬在工业上获得了广泛使用．而在镀铬溶液温度较高，阴极电 流密度较低的条件下沉积的电镀铬层为乳白色．镀铬层特征是硬度较低，结晶细致 ．塑 性 好，铬层无 网状缝纹． 因此，为了获得无裂纹铬，在电镀铬时，应适当提高镀铬溶液温度和降低 极电 流 密 度．获得的无裂纹铬虽然硬度降低了，但镀铬层因为塑性增加并且无缝纹，能更好地抵抗高 温高压的腐蚀气体的冲刷作用，保护基体金属不过早地烧蚀，能显著提高身管的使用寿命． 我厂现行生产的某产品身管镀铬工艺规范中规定，镀铬后应在480±20’C_游条件下除氢 6小时以上。这样的除氢温度对镀铬层是十分不利的．虽然可以恢复疲劳强度，但在这一高 温条件下除氢，它将使不稳定的六方晶格镀铬层剧烈地向体心立方晶格转变，致使镀铬层裂‘ 纹增多增粗，同时镀铬层硬度显著降低．因此为了减少网状龟裂纹，延长管件使用寿命， 除 氢温度应降低到280±1 5。C，时间为 6～ 8小时为宜。 ‘ 4 结 束 语 管件内壁电镀铬是一个工艺十分复杂的过程 造成镀铬层网状龟裂纹的影响因素较多． 在现行生产条件和技术水平的情况下，镀铬层出‘现龟裂纹是不易避免的：今后我们在生产卖 践中要认真探索，加强工艺试验，寻找一种硬度较高，又无裂纹的镀铬工艺，消除镀铬层龟 裂纹问题． ． ． 维普资讯 http://www.cqvip.com