NASA Fastener Design Manual紧固件设计手册 - 翻译 4/14

达文中

腐蚀

电偶腐蚀

当两种不同的金属在电解液中存在时，如水分，就会形成电偶腐蚀。两种材料中最活跃的(阳极)被侵蚀并沉积在最不活跃的(阴极)上，这就产生一个电偶电池（原电池）。请注意，下面列表中两种材料的距离越远，它们之间的电偶作用就越大。
根据参考文献2，一些常用工程材料的电偶等级如下:

1	Magnesium (most active)	镁(最活跃)
2	Magnesium alloys	镁合金
3	Zinc	锌
4	Aluminum 5056	铝5056
5	Aluminum 5052	铝5052
6	Aluminum 1100	铝1100
7	Cadmium	镉
8	Aluminum 2024	铝2024
9	Aluminum 7075	铝7075
10	Mild steel	低碳钢
11	Cast iron	铸铁
12	Ni-Resist	Ni-抗蚀剂
13	Type 410 stainless (active)	410型不锈钢(活泼型)
14	Type 304 stainless (active)	304型不锈钢(活泼型)
15	Type 316 stainless (active)	316型不锈钢(活泼型)
16	Lead	铅
17	Tin	锡
18	Muntz Metal	蒙氏铜锌合金
19	Nickel (active)	镍(活泼型)
20	Inconel (active)	铬镍铁合金(活泼型)
21	Yellow brass	黄铜
22	Admiralty brass	金钟黄铜
23	Aluminum brass	铝黄铜
24	Red brass	红黄铜
25	Copper	铜
26	Silicon bronze	硅青铜
27	70-30 Copper-nickel	70-30铜镍
28	Nickel (passive)	镍(钝化)
29	Inconel (passive)	铬镍铁合金(钝化)
30	Titanium	钛
31	Monel	蒙乃尔铜-镍合金
32	Type 304 stainless (passive)	304型不锈钢(钝化)
33	Type 316 stainless (passive)	316型不锈钢(钝化)
34	Silver	银
35	Graphite	石墨
36	Gold (least active)	金(最不活跃)

请注意活泼型和钝化后的304和316不锈钢之间的差异。这里的不同之处在于通过在空气炉中氧化或用酸处理表面来完成不锈钢的钝化以形成氧化物。这种氧化物表面在两种情况下都是相当惰性的，并且阻止了电偶活动。由于阳极在原电池中被腐蚀，所以它应该在电池中占较大的质量。因此，在不锈钢或铜组件中使用碳钢作为紧固件是一个糟糕的设计。反过来，不锈钢紧固件可用于碳钢组装件，因为碳钢是阳极。镁因为它的高强度重量比经常用于轻量化设计。但是，它必须通过惰性涂层(如铬酸锌底漆)与紧固件完全绝缘，以防止极端的电偶腐蚀。在电镀系列中，镀镉或镀锌紧固件与镁最接近，如果绝缘涂层损坏，则是最兼容的紧固件。

应力腐蚀


当受张拉应力的零件被放置在腐蚀性环境中时，就会发生应力腐蚀。由于腐蚀环境产生的表面缺陷(通常是凹坑或裂纹)，一个原本具有延展性的部件将在应力远远低于其屈服强度的情况下失效。一般来说，材料的热处理温度越高(延展性越低)，就越容易发生应力腐蚀开裂。紧固件材料制造商已被迫开发对应力腐蚀不太敏感的合金。在不锈钢中，A286是航空航天使用的最佳紧固件材料。它不容易受到应力腐蚀，但通常只生产160-ksi的强度(220-ksi A286紧固件可在特殊订单上购买)。强度较高的不锈钢紧固件(180至220 ksi)通常由17-7PH或17-4PH制成，它们易受应力腐蚀。如果成本和进度不受限制，可以使用Inconel 718或MP35N等高温合金紧固件。另一种选择是使用高强度碳钢(如H-11工具钢，其极限抗拉强度为300 ksi)并提供腐蚀保护。然而，如果可能的话，最好使用更多普通品种和强度的紧固件，而不是使用一些高强度的紧固件。高强度紧固件(大于180 ksi)会带来诸如脆性、严重缺陷、锻造封头、螺纹冷轧以及严格质量控制程序的必要性等问题。质量控制程序如X射线，染料渗透剂，磁粉，螺纹半径和头部半径检查通常用于高强度紧固件。


氢脆


每当存在与金属密切相关的游离氢时，就会发生氢脆。由于大多数电镀工艺是电解槽类型，因此存在游离氢。有三种类型的氢金属问题：(1)氢化学反应：氢与钢中的碳反应生成甲烷气体，可导致裂纹扩展和强度降低。氢还可以与钛、铌或钽等合金元素反应形成氢化物。因为氢化物的强度不如母体合金，所以它们降低了零件的整体强度。(2)内部氢脆：氢可以留在溶液间隙中(颗粒结构中的晶格之间)，并可在验证测试后导致延迟故障。没有外部迹象表明氢的存在。(3)氢环境脆化：这个问题只存在于高压氢环境中，例如储氢罐。除非紧固件在这种压力容器内受到压力，否则不会出现这种情况。大多数电镀规范现在规定，电镀碳钢紧固件“应在电镀后2小时内在375±25°F下烘烤不少于23小时，以提供氢脆消除”(参照标准MIL-N-250270)。过去，电镀规范要求在电镀后4小时内在375±25°F下烘烤3小时。这种处理被发现是不充分的，大多数电镀规格在1981-82年度进行了修订，以反映较长的烘烤时间。氢脆问题也随着紧固件强度的增加而增加。


镉脆


材料的氢脆失效被很好地记录下来(参考文献3)，但是镉的脆化效应并没有被记录。一般来说，镀镉部件的失效起始温度可低至325°F，而镉脆失效起始温度可达400°F左右。由于这两种元素通常都存在于镀镉部件的高温故障中，两者的共同作用可能是灾难性的。每种方法的单独作业效果是不确定的。

参考文献:

2.Pret,ention uf Material Deterioration: CorrosionControl Course–U. S. Army Logistics Engineering Directorate–Nov. 1970.
3. ASM Metals Handbook. 9th ed., Vols. 1, 2, 3, 5, 13, American Society for Metals, Metals Park, OH

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