液壓油缸活塞桿表面腐蝕分析

□ 李 騰 □ 武麗明 □ 李春雷 □ 梁 勇

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長治 046000

1 分析背景

活塞桿是液壓油缸執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成零件,活塞桿表面一般采用鍍單層硬鉻的處理方式進行防腐蝕。在實際使用工況中,活塞桿長期暴露于外部環(huán)境中。由于使用環(huán)境越來越惡劣,產(chǎn)品使用頻率的增大,導(dǎo)致液壓油缸活塞桿表面出現(xiàn)不同程度的腐蝕缺陷,潮濕環(huán)境下,活塞桿鍍鉻層表面的腐蝕缺陷更為嚴(yán)重。

筆者對液壓油缸活塞桿鍍鉻層腐蝕原因進行機理分析,為后續(xù)活塞桿表面防腐蝕提供參考。

2 現(xiàn)場情況

被腐蝕液壓油缸活塞桿材質(zhì)為30CrMnSiA,直徑為90 mm,加工工藝過程為粗車外圓、調(diào)質(zhì)處理、半精車外圓、深孔鏜內(nèi)孔、精車外圓、銑方槽、磨外圓、拋光外圓、表面鍍鉻、拋光外圓、清理毛刺。

某液壓油缸活塞桿使用一年后,表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。活塞桿腐蝕區(qū)域宏觀形貌如圖1所示。立體顯微鏡下觀察,腐蝕區(qū)域內(nèi)部附著一層紅褐色腐蝕產(chǎn)物,腐蝕區(qū)域邊緣存在個別小腐蝕坑,其它區(qū)域呈亮金屬色,如圖2所示。

圖1 活塞桿腐蝕區(qū)域宏觀形貌

圖2 活塞桿腐蝕區(qū)域顯微形貌

3 理化檢驗

3.1 原材料成分分析

在活塞桿上取試樣,進行零件化學(xué)成分分析,見表1。

表1 活塞桿化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由上述檢驗結(jié)果可知,活塞桿所用原材料符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

3.2 低倍組織檢驗

從活塞桿上取橫向剖面,拋光后采用熱酸浸蝕法顯示其低倍組織,根據(jù)GB/T 1979—2001標(biāo)準(zhǔn)中的評級圖評定,結(jié)果見表2。

表2 活塞桿低倍組織檢驗結(jié)果

活塞桿的低倍組織檢驗結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)質(zhì)鋼的要求。

3.3 掃描電鏡分析

從活塞桿上提取試樣,將試樣放置于掃描電鏡中進行形貌觀察,腐蝕坑底部均呈泥紋狀腐蝕形貌,腐蝕坑微觀形貌如圖3所示。

圖3 活塞桿腐蝕坑微觀形貌

3.4 能譜分析

將從活塞桿上切取的試樣放置于掃描電鏡中進行能譜分析,能譜分析結(jié)果為主要含有鐵、氧及腐蝕性介質(zhì)氯、硫元素,應(yīng)是基體腐蝕形成的鐵銹產(chǎn)物。能譜分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 活塞桿能譜分析結(jié)果

3.5 金相分析

將活塞桿試樣制備成金相試樣進行觀察,結(jié)果如圖5所示。鍍鉻層腐蝕坑下方基體均有明顯腐蝕,存在較多腐蝕產(chǎn)物,腐蝕區(qū)域延伸至腐蝕坑范圍以外,基體最大腐蝕深度約為139 μm。腐蝕坑以外其它區(qū)域鍍鉻層下方基體也存在多處腐蝕現(xiàn)象,腐蝕點與鍍鉻層中的微裂紋相連。

圖5 活塞桿金相分析

4 液壓油缸工作環(huán)境

活塞桿所屬的液壓油缸,工作環(huán)境為海洋潮濕環(huán)境,活塞桿長期暴露在惡劣環(huán)境中,如果得不到較好的維護保養(yǎng),就會加速鍍鉻層的腐蝕,出現(xiàn)鍍鉻層脫落、鼓包等現(xiàn)象,進而會出現(xiàn)腐蝕缺陷,最終出現(xiàn)腐蝕坑。

5 分析結(jié)論

通過上述檢驗分析可知,活塞桿鍍鉻層存在微裂紋、針孔等缺陷,使基體不能完全受到鍍鉻層的屏蔽保護,隨著使用時間的推移而發(fā)生腐蝕。使用過程中,隨著所處環(huán)境的不同,會發(fā)生不一樣的腐蝕進程,潮濕海洋環(huán)境會加速腐蝕進程。當(dāng)含有硫離子、氯離子等腐蝕性陰離子和氧氣的腐蝕介質(zhì)滲入鍍鉻層的微裂紋時,由于鍍鉻層屬于陰極性鍍層,電極電位比鐵基體高,因此鐵基體的電位較低而優(yōu)先發(fā)生腐蝕,生成腐蝕產(chǎn)物。隨著時間的推移,基體腐蝕越來越嚴(yán)重,形成的腐蝕坑不斷加深并且橫向擴展。當(dāng)腐蝕產(chǎn)物引起的膨脹力足夠大時,使鍍鉻層表面隆起,開始出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。鼓包鍍鉻層表面形成裂紋,腐蝕介質(zhì)更易滲入。由于腐蝕加劇,鼓包鍍鉻層發(fā)生應(yīng)力性破裂和脫落,形成開放性腐蝕,最終出現(xiàn)肉眼可見的腐蝕坑。

6 建議

(1) 改進表面處理工藝,研究降低鍍鉻層孔隙率的方法。

(2) 優(yōu)化現(xiàn)有鍍單層鉻的處理方式,提高活塞桿表面防腐性能。