Оцинкованные высокопрочные болты и пружины в корзине после прогрева

Обезводороживание при цинковании

Обезводороживание при цинковании — прогрев оцинкованных деталей сразу после гальванической ванны: водород выходит из стали, и деталь не разрушается под нагрузкой после монтажа.
Нужно высокопрочному крепежу классов 10.9 и 12.9, пружинам и закалённым деталям твёрже 32 HRC. Цинкование и прогрев — одной партией на гальваническом участке технопарка.

Защита от водородной хрупкости после цинкования
Прогрев сразу после ванны, без перевозки деталей
Детали до 1000 мм и массой до 20 кг

Цинкование с обезводороживанием на гальваническом участке

Покрытия, обозначения в чертеже и предельные размеры деталей.

Покрытие	Материал детали	Обозначение в чертеже	Толщина до, мкм	Размер детали до, мм
Цинкование: с хроматированием, бесцветным хроматированием, фосфатированием, с изоляцией	Сталь	Ц, Цхр, Цфос, Цхр.бцв	30	1000

Обезводороживание не самостоятельное покрытие, а операция внутри цинкования. Поэтому выгоднее, когда цинк и прогрев делает один исполнитель: детали из ванны идут в печь в тот же день, а не ждут отправки к термисту. Масса одной детали — до 20 кг, заказ — от 50 000 ₽.

Водородная хрупкость стали после гальванического цинкования

Оцинкованный высокопрочный болт, разрушенный по резьбе из-за водородной хрупкости — Хрупкий излом болта по резьбе

При гальваническом цинковании сталь поглощает атомарный водород. Самый маленький атом свободно проходит между узлами кристаллической решётки железа и скапливается в дефектах металла: на границах зёрен, у неметаллических включений, на дне впадин резьбы. Там атомы соединяются в молекулы и создают давление изнутри. Металл теряет пластичность и механические свойства — это и есть водородное охрупчивание.

Откуда водород попадает в деталь

Травление в кислоте — перед цинкованием окалину и ржавчину снимают в соляной или серной кислоте; при реакции выделяется водород, и часть его уходит в сталь.
Электролиз в ванне цинкования — на детали вместе с цинком восстанавливается водород из воды. Чем меньше выход цинка по току, тем сильнее наводораживание: в щелочных цинкатных электролитах оно выше, чем в слабокислых.

Как электролит цинкования влияет на наводораживание

Количество водорода в стали зависит от электролита цинкования и режима процесса. В щелочных и цианистых электролитах выход по току ниже, и на деталь идёт больше водорода. В слабокислых электролитах цинк осаждается с высоким выходом по току, наводораживание меньше, но полностью не исчезает. Повышенная плотность тока и долгое травление усиливают наводораживание; поэтому для высокопрочных сталей подготовку поверхности и нанесение покрытия ведут по щадящему режиму.

Чем опасно наводораживание

Наводороженная деталь выглядит исправной и проходит приёмку. Но под постоянной нагрузкой — затянутый болт, сжатая пружина — она через несколько часов, дней или недель внезапно ломается без видимой деформации. Это замедленное хрупкое разрушение: излом идёт от резьбы, галтели или микротрещины, где напряжения выше. Под цинком водород сам из детали почти не выходит: плотный слой покрытия держит его внутри.

Ещё одно следствие — пузыри и отслаивание цинка: молекулярный водород скапливается под покрытием и отрывает его от стали.

Каким деталям нужно обезводороживание после цинкования

Стальные пружины растяжения — упругие элементы, которым после цинкования нужен прогрев — Пружины растяжения

Опасность в том, что водородная хрупкость не видна: деталь выглядит исправной, проходит контроль размеров и ломается позже — при затяжке или в работе, через часы или дни после сборки. Поэтому прогрев делают вскоре после покрытия, а для пружин и крепежа высокой прочности его указывают в чертеже.

Водородная хрупкость опасна для прочных сталей. Стандарт на оцинкованный крепёж ISO 4042 называет границей твёрдость около 320 HV — это примерно 32 HRC и прочность от 1000 МПа. Мягкая углеродистая сталь водород переносит без последствий.

Группа деталей	Признак в чертеже	Примеры
Высокопрочный крепёж	класс прочности 10.9, 12.9; гайки класса 10 и 12	болты, шпильки, винты фланцевых и опорных соединений
Упругие элементы	пружинная сталь, закалка со средним отпуском	пружины сжатия и растяжения, тарельчатые пружины, стопорные кольца, шайбы Гровера
Закалённые и цементованные детали	твёрдость выше 32 HRC	валы, оси, пальцы, втулки, детали под переменной нагрузкой

Чем выше предел прочности стали, тем меньше водорода нужно для водородного охрупчивания. Поэтому для высокопрочных сталей прогрев после нанесения покрытия — обязательная часть технологического процесса, а для стальных деталей обычной прочности его назначают по условиям эксплуатации.

Нужен ли прогрев конкретной детали и какой длительности, решает чертёж или технические требования заказчика. Если в чертеже этого нет, а твёрдость выше 32 HRC, технолог спросит об этом до запуска партии.

Режим обезводороживания: температура и время прогрева

Детали прогревают в печи с циркуляцией воздуха. При нагреве водород становится подвижнее и выходит через цинковый слой в атмосферу. Режим складывается из трёх величин.

Температура 190–220 °C — такой диапазон дают ISO 9588 и ASTM B850 для оцинкованной стали. Ниже водород выходит слишком медленно, выше 220 °C меняется сам цинковый слой и теряет защитные свойства.
Время выдержки от 2 до 24 часов — чем прочнее сталь и толще сечение детали, тем дольше прогрев. Длительность для партии назначает технолог по стандарту, указанному в чертеже.
Начало — не позже 4 часов после ванны — пока деталь лежит при комнатной температуре, водород уходит вглубь, к резьбе и зонам напряжений, и оттуда его уже не выгнать даже долгим нагревом. Поэтому печь должна стоять рядом с ванной.

В отечественной технологии обезводороживание входит в карты процессов ГОСТ 9.305-84 как отдельная операция после нанесения электрохимических покрытий, а необходимость прогрева для деталей задаёт ГОСТ 9.301-86 и чертёж.

Для сверхпрочных сталей прогрев иногда делают дважды: после кислотного травления, до цинкования, чтобы снять первую порцию водорода, и после покрытия.

Порядок операций: цинкование, прогрев, пассивация

Гальваническое цинкование деталей перед обезводороживанием в технопарке ЗЭМ

Прогрев встраивается в линию цинкования между ванной и пассивацией. Порядок важен: хроматная плёнка пассивации на основе шестивалентного хрома трескается при нагреве выше 70 °C, поэтому пассивируют уже прогретую деталь. Плёнка пассивации добавляет цинковому покрытию коррозионной стойкости и защищает его от белой ржавчины.

1

Цинкование

Подготовка поверхности и осаждение цинка заданной толщины в гальванической ванне.
2

Промывка и сушка

Остатки электролита смывают в проточной воде, деталь обдувают воздухом.
3

Обезводороживание

Детали загружают в печь в первые часы после ванны и выдерживают при 190–220 °C.
4

Активация и пассивация

Короткое осветление в слабой азотной кислоте и пассивирующий раствор: цинк получает цвет и защиту от белой ржавчины.

О цвете и видах плёнки — на странице пассивации после цинкования, о толщинах и обозначениях цинка — на странице гальванического цинкования деталей.

Защита высокопрочной стали от коррозии: сравнение покрытий

Детали с кадмиевым покрытием на гальваническом участке технопарка — Кадмированные детали

Если водородная хрупкость недопустима совсем, выбирают покрытие без электролиза — например, термодиффузионное цинкование. Оно защищает сталь не хуже гальванического цинка, но слой толще, и это учитывают в допуске на резьбу.

Обезводороживание нужно там, где покрытие наносят электролизом. Способы, при которых деталь не проходит через кислоту и гальваническую ванну, водорода почти не дают, но у них свои ограничения по толщине слоя, внешнему виду и точности резьбы.

Способ	Риск водородного охрупчивания	Особенности
Гальваническое цинкование с обезводороживанием	снимается прогревом сразу после ванны	тонкий ровный слой цинкового покрытия, резьба без перенарезки, пассивация любого цвета
Кадмирование	есть, прогрев тоже нужен	кадмиевое покрытие стойко в морском климате, его требуют чертежи военной и авиационной техники
Термодиффузионное цинкование	низкий: нет кислотного травления и электролиза	слой толще и шероховатее, у резьбы нужен запас под покрытие
Цинкламельное покрытие	низкий: химической подготовки в кислоте нет	высокая коррозионная стойкость, но покрытие тёмно-серое и нужна печь полимеризации

Если в чертеже стоит гальванический цинк, а сталь высокопрочная, менять способ без согласования с конструктором нельзя: у покрытий разные толщина, коэффициент трения в резьбе и механические свойства слоя. О кадмии — на странице кадмирования деталей.

Как заказать цинкование с обезводороживанием

1

Чертёж и количество

Пришлите чертёж или эскиз с обозначением покрытия, маркой стали, твёрдостью или классом прочности и количеством деталей в партии.
2

Расчёт стоимости и срока

Технолог определяет площадь покрытия и режим прогрева и называет цену и срок.
3

Обработка партии

Цинкование, обезводороживание и пассивация — одна партия на одном участке.
4

Контроль и отгрузка

Проверка внешнего вида и толщины покрытия, упаковка и отгрузка.

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт с технопарком — исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы об обезводороживании при цинковании

Когда обезводороживание обязательно

Когда сталь прочнее 1000 МПа или твёрже 32 HRC: крепёж классов 10.9 и 12.9, пружины, закалённые и цементованные детали. Для мягкой углеродистой стали прогрев обычно не нужен.

Можно ли обезводородить детали через неделю после цинкования

Прогрев действует, пока водород не ушёл вглубь металла, — в первые часы после ванны. Через несколько суток он помогает слабо. Поэтому цинкование и обезводороживание лучше заказывать вместе, одной партией.

Почему нельзя прогреть сильнее и быстрее

Выше 220 °C меняется сам цинковый слой и теряет защитные свойства. Сократить время можно только в пределах режима для этой прочности стали — его назначает технолог.

Как рассчитать стоимость

Стоимость зависит от площади покрытия или массы партии, толщины цинка и длительности прогрева. Пришлите чертёж и количество деталей — технолог назовёт цену и срок.