液壓啟閉機活塞桿鍍鉻層非正常失效分析

任中偉　路芳亭

摘要：水利水電工程中的液壓啟閉機活塞桿絕大多數采用鍍鉻進行防腐，幾十年的經驗證明運行良好，可近幾年在幾個水電工程中大型活塞桿的鍍鉻層使用一年內即出現了銹蝕，其原因值得認真分析。

關鍵詞：活塞桿；電鍍；繡蝕；原因

中圖分類號：TV664文獻標識碼：A

本文所講的非正常失效主要是指活塞桿在使用—年內即產生銹蝕及鍍鉻層的破壞。

我們發現，在同一工程中泄洪深孔油缸的活塞桿很快銹蝕了，可相同直徑、長度還稍長的導流底孔的活塞桿卻沒有銹蝕，所以對這種活塞桿很決失效的真正原因應作深入的探討。

1 鍍鉻層的正常失效

(1)由針孔及孔隙造成的銹蝕。鍍雙層鉻(先鍍乳白鉻后鍍硬鉻)不可避免地會出現孔隙，使用時，水氣通過針孔從孔隙到達母材，時間長了就逐漸銹蝕，銹蝕面積大了、嚴重了就進一步造成鍍鉻層剝落，這種失效在褪鍍后蝕坑邊緣是圓滑的。

(2)磨損造成的鍍層減薄，當鍍層全部被磨損就會產生銹蝕。

2 近期所見鍍鉻層的幾種非正常失效

(1)銹蝕部位在褪鍍后蝕坑邊緣是非圓形的(有折角)或出現裂紋或出現麻絲狀其尾部是尖的，電鍍專家認為這都是比較典型的由內部應力造成的失效。

(2)活塞桿涂有油脂的外仲部位在油脂層未損壞悄況下不到一個月的時間就銹蝕了。

(3)在對返修的活塞桿進行褪鍍前檢測時．用藍點法(貼濾紙法)測試孔隙木測出藍點，而褪鍍后發現該處有裂紋或蝕坑。

(4)褪鍍后經加工的表面還有疏松，有的經油浸后留有油跡（擦不掉但用砂布能擦掉）凡留有油跡的地方必有灰點等缺陷。

3 鍍鉻層非正常失效的原因

3.1 對材質抗拉強度大的大型活塞桿，未進行鍍前消應和鍍后去氫是非正常失效的原因之一

GBll379—89《金屬覆蓋層工程用鉻電鍍層》及GB/T12611-90《金屬零件鍍覆前質量控制技術要求》標準規定凡鋼件的抗拉強度大于1050MPa的都要鍍前消除加工應力并在鍍后去氫，因此，有的教授認為凡是抗拉強度達到800MPa(已屬于高強鋼)的就要去氫。對40Cr活塞桿只規定抗拉強度大于530MPa而沒規定上限是不夠的，至少要限制上限在800MPa以下。非正常失效活塞桿多數達到800-900MPa，有的已超過900MPa。

對于大件(可認為直徑大于300，長度大于12m的應屬于大件)盡管抗拉強度未達到800MPa，專家認為也應鍍前消應鍍后去氫。

前面談到的導流底孔活塞桿可能就是因為鍍前采取停置(7D)時效消應和鍍后又進行廠去氫才至今未銹蝕(泄洪深孔活塞桿卻未進行鍍前消應和鍍后去氫)。

關于鍍前小消應及鍍后不去氫的壞處，有些專家分析認為。鍍鉻時20%的電流用在鍍鉻上，20%的電流用在還原六價鉻上，而60%的電流用于析氫。電鍍時必然會折出鍍液中的氫，析出的氫一部分進入人氣，也有一部分進入母材中，如果未及時地將進入到母材中的氫驅除掉．就會在以后的加工過程中或安裝中或使用中產生氫脆裂紋，這些裂紋將破壞鍍層的結合力造成鍍層剝落。因此，去氫應在鍍后3h，內及時進行。

電鍍前，機械加工會對像40Cr這樣的對應力敏感的材質產生加工應力，故也要進行消應處理，有應力存在就可能隨時釋放出來影響鍍鉻質量。

也有專家指出，GBll379-89標準中表2橫向第三欄“僅用于未噴丸工件減少氧脆和恢復疲勞強度而進行的熱處理”就是指的抗拉強度小于1050MPa的大件及40Cr這樣的母材的左氫要求。也就是說標準中還是涵蓋廠這部份內容的。再說國標是針對普通的常規鍍件而言，對大件及40Cr這樣的材質一定更要嚴格要求。

3.2 活塞桿材質存在缺陷是非正常失效的原因之二

(1)活塞桿表面存在一定量的雜質及疏松，這些缺陷用鍛件標準衡量可能不超標，但對電鍍卻是嚴重的問題(尤其是這些缺陷不是單個的而是集中在一處)。電鍍液中含有酸，電鉸時，這些酸浸入到雜質及疏松部位中，電鍍時雖然覆蓋上了，但卻是搭橋過去的，中間是串的，事后浸入的酸作怪，很快就從里向外腐蝕并成塊剝落。有缺陷的表面在電鍍過程中使氫析集，形成氧氣氣泡，造成鍍層結合不牢，這就能很好解釋為什么有的活塞桿外部涂有油脂，水氣一時無法浸入，但不到一個月又銹蝕的原因；也能很好解釋為什么用藍點法測試時無孔隙而褪鍍后基體上有蝕坑、裂紋的原因。

(2)鍛件鍛造比過大也有可能造成材質缺陷。鍛件鍛造比一般要求大于或等于3，而有問題的活塞桿鍛造比達到8以上，而過大的鍛造比并不一定是好事，因為鋼錠存在偏析是不可避免的，過大的鍛造比就要求鋼錠的中心線和鍛件的軸線的一致性較高，才能避免鋼錠的心部缺陷外露。當我們將有問題的活塞桿返修褪鍍又將桿徑車小后，發現桿的表面或多或少都存在缺陷，其中有大量的亮線及灰點，也有明顯的疏松及裂紋，更有甚者是返修時未褪鍍前用砂輪打磨銹蝕處發現基體上就已經存在有裂紋了。

GB/T1261-90標準明確規定待鍍件表面不允許有氧化皮、斑點、凹坑等缺陷。

還有一種材質缺陷也是由加工造成的，有些鍛件加工余量過大將表面密實部分加工掉了而露出了鋼錠心部的缺陷。鍛件校直不夠加工時為了找正只好一邊多車一邊少車，結果多車那邊將密實部分車掉了，而少車那邊可能黑皮才剛車掉，這都是不正常的，都會對電鍍質量造成不良影響。

(3)鍛造專家認為對直徑大的40Cr鍛件選用520℃的回火溫度偏低(專家建議回火溫度不低于550℃)，不能很好地消除鍛件中的應力，并且還應隨爐冷卻以便進一步地降低鍛件表面的殘余應力。殘余應力是產生微裂紋的根源之一，其不良后果是同鍍前不消應、鍍后不去氫是一樣的。

材質存在的上述缺陷是造成電鍍層非正常失效的主要原因，這種先天不足是不能用后天的電鍍來彌補的。

4 返修后又很快失效的原因

返修后又很快失效的主要原因是褪鍍后少了去氫工序。褪鍍液中含有較濃的酸，酸造成氫脆，因此，應在褪鍍后3h之內進行去氫。褪鍍后去氫不只是對40Cr這種對氫敏感的材質，就是對35#鋼、45#鋼及所有褪鍍件都必須去氫。褪鍍后不去氫可能在下一步電鍍過程中就會造成不良影響，這是不能用鍍后去氫加以彌補的。

另一個造成返修后很快失效的次要原因可能是返修時增加了電鍍時的電流密度。在無實踐經驗的情況下輕易改變在水工行業用了幾十年、電鍍過近10萬根活塞桿的工藝是有風險的。

就這個問題，有些專家認為，只要硬鉻的硬度能達到，還是用小電流好，因為電流大析出氫就多，進入桿件基體的氫也多，會產生更多氣泡，電流大鍍層表面應力也大，但不密實，易產生裂紋與剝落。

要求電鍍電流達到30A/dm2只是部分書上寫的，水工行業并未在這樣大的桿件上實踐過，而日本的書就寫明“根據需要也有用40℃，10-15A/dm2低溫低電流電鍍”的。專家還說我們國內五機部的廠已用低電流電鍍多年，工藝是成熟的。最近某電鍍廠的廠長參加了有英國人參加的紡織機械訂貨會，在談到電鍍時，將他們廠的電鍍工藝給英國人看，結果英國人不認可，英國人要求將電流密度減小到5A/dm2，并說只有這樣才能使Cr的沉積速度慢，沉積速度慢則結晶細。廠長說效率太低了，英國人回答我不管效率，我只要質量。