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位于黑德克的 DÖRKEN

2023.09.12 紧固件机械 | 氢脆实验

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氢脆


钢制紧固件在工艺流程中的化学清洗、酸洗除锈、热处理、气体渗碳、磷化、电镀阶段，以及使用环境的腐蚀下，都会与活性氢原子直接接触导致氢原子渗入，引发材料的氢致脆性延迟断裂，简称氢脆。


氢脆已成为危害紧固件机械性能的一大主因 ｜ 例如，曾有一批装配好的零部件总成，在海运途中发生螺栓大批量断裂的情况，车辆方向盘的螺钉断裂也时有发生。

这些产品在力学性能检测中都未发现异常，这正是氢脆的典型特征。氢脆往往在未被察觉的情况下突然发生，甚至在装配后静置状态下也会发生，安全隐患可谓不小。

氢脆机理

目前比较公认的氢脆机理是由于金属中有氢的渗入并在应力集中区聚集导致微观开裂，氢随裂纹尖端移动导致裂纹持续发展。

氢脆的发生与氢的渗入有关，但是还要综合材料本身的特性，即使能够检测到一定的氢含量，也不能断定氢脆是否会发生。目前尚无完全可靠的检测方法对氢脆缺陷进行判别。

力学检测方法是氢脆的主要检测手段


包括应力持久法、分级加载法和弯曲法。


紧固件通常采用应力持久法｜ 一般通过紧螺栓、螺钉使其达到屈服点，自攻类螺钉通常拧紧至破坏扭矩的90%，国准规为最大力的75%紧后保持48h，期间需要持续监控力或扭矩，使其保持在初始加载的50%国标准规90%8h后通过观察是否有裂纹产生来判断氢是否对紧固件发生作用。


美国标准规定在氢脆试验中加载时在螺栓、螺钉头下放置斜垫，以进一步促进氢脆发生。


导致紧固件发生氢脆的主要因素 ｜ 包括强度、氢含量、应力集中、热处理工艺。

例如，曾有汽车紧固件供应商提供的表面镀锌的 12.9级螺栓在使用中大量断裂。实际上，12.9级螺栓由于强度过高，氢脆敏感性很高，表面处理时应非常慎重，最好采用物理镀锌。

快装工艺的自攻类螺钉

用于快装工艺的自攻类螺钉，由于其对装配基体螺纹成型的要求，表面要求进行渗碳硬化，使表面硬度达到450HV以上，氢脆敏感性非常高。

采用表面经电镀处理的自攻螺钉类产品时需要特别谨慎，应注意产品是否已进行驱氢工艺，并进行氢脆检验。

氢原子通常向材料中承受三向应力的区域扩散，所以预防氢脆的发生也要避免应力集中。

从组织上分析，马氏体最易发生氢脆 ｜ 如果可以，应尽量避免采用马氏体组织，而采用下贝氏体或索氏体组织以预防氢脆，调质处理应确保马氏体充分转化。