Có một kiểu hỏng hóc khiến người ta bối rối hơn mọi kiểu khác: bulong lắp xong, siết đúng mô men, mọi thứ bình thường — rồi vài giờ hoặc vài ngày sau, nó gãy đôi trong khi máy chưa hề chạy tải. Mặt gãy phẳng, giòn, không một chút biến dạng. Đó là giòn hydro, và nó gần như chỉ xảy ra với bulong cấp bền cao có lớp phủ điện phân.
Trong bể mạ điện phân, ngoài kim loại phủ, phản ứng ở ca-tốt còn sinh ra hydro nguyên tử. Nguyên tử hydro rất nhỏ nên khuếch tán được vào mạng tinh thể thép. Với thép mềm, chúng thoát ra dần và không gây hại. Với thép cường độ cao đã tôi ram, câu chuyện khác hẳn:
Đặc trưng quan trọng nhất về mặt chẩn đoán: gãy có độ trễ. Nứt cần thời gian để hydro khuếch tán tới đầu vết nứt, nên hỏng thường xảy ra trong khoảng vài giờ đến vài ngày sau khi siết — chứ không ngay lúc siết. Ba yếu tố phải cùng có mặt: thép cường độ cao, hydro trong thép, và ứng suất kéo. Thiếu một trong ba thì không có giòn hydro.
ISO 4042 đặt ranh giới ở độ cứng 320 HV, tương ứng với cấp bền 10.9 trở lên. Từ mức đó, chi tiết mạ điện phân bắt buộc phải qua quy trình khử giòn hydro. Cấp 8.8 nằm dưới ngưỡng và trong thực tế rất hiếm gặp vấn đề này.
| Cấp bền | Độ cứng điển hình | Rủi ro giòn hydro khi mạ điện phân |
|---|---|---|
| 8.8 | dưới 320 HV | Thấp — nằm dưới ngưỡng của ISO 4042 |
| 10.9 | từ 320 HV trở lên | Đáng kể — bắt buộc khử hydro theo ISO 9588 |
| 12.9 | cao hơn nữa | Cao — nhiều nhà sản xuất máy cấm hẳn mạ điện phân cho cấp này |
| Bulong tôi cứng bề mặt, vít tự khoan cứng | Cao cục bộ | Đáng kể — xử lý như cấp bền cao |
Điều kiện áp dụng: ngưỡng 320 HV là ranh giới của ISO 4042 cho yêu cầu khử hydro. Nó không phải ranh giới vật lý tuyệt đối — rủi ro tăng dần theo độ bền chứ không nhảy bậc — nhưng đây là mốc mà tiêu chuẩn dùng để quy định trách nhiệm, nên cũng là mốc nên dùng khi soạn yêu cầu mua hàng.
Biện pháp tiêu chuẩn là nung khử (baking) theo ISO 9588: giữ chi tiết ở nhiệt độ vừa đủ trong nhiều giờ để hydro khuếch tán ra khỏi thép mà không làm thay đổi cơ tính đã đạt được sau ram. Hai điểm quyết định hiệu quả:
ISO 9587 bổ sung phần trước đó: các bước làm sạch, tẩy gỉ bằng axit trước khi mạ cũng nạp hydro vào thép, nên quy trình tiền xử lý phải được kiểm soát chứ không chỉ khâu mạ.
Kiểm chứng bằng thử nghiệm theo ISO 15330: lắp bulong lên đồ gá có mặt tựa song song, gia tải ứng suất trước tới mức quy định và giữ trong thời gian quy định, rồi kiểm tra xem có gãy hay nứt không. Đây là phép thử phá hủy làm trên mẫu đại diện của lô. Với mối ghép quan trọng, nên yêu cầu báo cáo thử này kèm hồ sơ lô hàng — cùng với chứng chỉ vật liệu theo EN 10204.
Khử hydro là biện pháp sửa chữa sau khi sự cố đã tiềm ẩn. Cách an toàn hơn là chọn công nghệ phủ không sinh hydro:
Dấu hiệu nghi ngờ giòn hydro:
Cuối cùng, một lưu ý cho khâu mua hàng: giòn hydro là rủi ro không nhìn thấy được khi nhận hàng. Bulong bị nạp hydro trông y hệt bulong tốt, cân nặng như nhau, đo kích thước như nhau, thậm chí thử kéo tĩnh cũng có thể đạt. Cách phòng duy nhất là ràng buộc bằng yêu cầu kỹ thuật trong đơn hàng và bằng hồ sơ lô — không phải bằng kiểm tra ngoại quan.
Rủi ro thấp. ISO 4042 đặt ngưỡng bắt buộc khử giòn hydro ở độ cứng 320 HV, tương ứng cấp bền 10.9 trở lên; cấp 8.8 nằm dưới ngưỡng đó. Trong thực tế, sự cố giòn hydro hầu như chỉ gặp ở cấp 10.9, 12.9 và các chi tiết tôi cứng như vít tự khoan.
Chủ yếu ở thời điểm và ở số lượng. Giòn hydro gãy sớm — vài giờ tới vài ngày sau khi siết, khi máy chưa chạy tải — và thường nhiều chiếc cùng lô cùng gãy. Gãy mỏi cần hàng triệu chu kỳ nên xảy ra sau thời gian vận hành dài, và mặt gãy có vân đồng tâm của vết nứt lan dần. Cả hai đều cho mặt gãy phẳng, không biến dạng.
Nên tránh. Nhiều nhà sản xuất máy cấm hẳn mạ điện phân cho cấp 12.9. Nếu buộc phải mạ, quy trình phải tuân thủ ISO 4042 với bước khử hydro theo ISO 9588 thực hiện sớm sau khi mạ, và nên yêu cầu kết quả thử theo ISO 15330. Phương án an toàn hơn là lớp phủ kẽm lamellar theo ISO 10683, không có bước điện phân nên không nạp hydro.
Thông lệ là phải nung trong vòng vài giờ sau khi mạ. Để càng lâu, hydro càng có thời gian tập trung về các vùng ứng suất cao và gây nứt vi mô; khi vết nứt đã hình thành thì nung không hồi phục được. Vì thế yêu cầu kỹ thuật nên ghi rõ khoảng thời gian tối đa giữa mạ và nung, không chỉ ghi chung chung là có khử hydro.