螺纹紧固件氢脆产生的原因及危害

紧固件的氢脆化

紧固件的氢脆化紧固件的氢脆化一.氢脆化的原理.当氢原子进入钢和其它金属中，它会存在于材料的结晶上，当对金属施予应力时，会因此而降低金属的延展性或负荷承受性能。

氢脆是延迟性的破坏，由于钢中氢存在于应力集中部位，直到发生延迟破坏需要若干时间，而在一般的机械性能测试上往往忽略及遗漏了延展性的重要性，也无法在短时间的试验测出延迟破坏的倾向，使得紧固件虽在满意的机械性能状态或标准的的设计强度下如硬度屈服强度，冲击等等）仍产生破裂，经常是由很微小的裂痕造成突然间的崩坏。

这种现象在合金上时常归于氢效应延迟破坏，氢应力裂痕或氢脆。

氢脆化在紧固件来说可能是最坏的问题发生原因之一，因为它是延迟破坏。

通常在组装24小时后发生，但没有一定的准确时间，商用的紧固件种类在电镀后且具有洛氏C34或以上的硬度容易引起氢脆的失败.这些种类包括自攻螺丝,弹簧垫圈,Sems(组合垫圈的自攻螺丝),螺帽组合垫圈(Keps or conical assembly nut.),Grade螺栓和所有沉头螺丝产品.二.产生氢脆化的主要因素种种迹象显示,氢脆的潜在向与产品作形式表面处理及钢内碳含量以及产品的硬度有关,且成正比.参考各规范及相关论文的研究结果显示,当产品脆性增加以及酸浸洗是造成的氢脆化的主要因素.产品在经过冷锻功冷加工后再硬化热处理,使产品的脆性增加,对氢脆损害特别的地程同.酸洗,磷酸盐,电镀,自动反应的过程和在大自然环境中使用,如阴极保护反应或腐蚀也会导致同样的结果.,在紧固件上来说,通常在的Grade 2的螺栓或螺丝同意使用电镀,事实上也无氢脆化倾向,因为这些产品都是低碳钢以及无硬化.Grade5电镀后的螺栓或螺丝就很有要能有氢脆化的问题产生,这些产品都是使用中碳钢制造以及硬化处理到最高C34的硬度,但仍未听说有氢脆化的事情产生.8电镀电镀后的螺栓或螺丝就有氢脆化的倾向,这些是使用中碳合金钢制造及硬化处理到最高C39的硬度.沉头螺丝也是使用中碳合金钢制造,硬化处理到最高C45的硬度,在所有标准种类的螺栓或螺丝中,电镀后的沉头螺丝有最高的氢脆化失败的可能性.对于产品的破坏是否为氢脆所造成,有一个较简单的判断方法,那就是如果螺丝或螺栓在装置后1到48小时内破坏,且其破坏在头部与杆部以及螺纹与杆部的交接位置,那大概就是氢脆化破坏,如果螺丝在装置一段时间后破坏,这大概就是氢脆以外的问题,若是从组织上来观察,氢脆化破坏而为一种粒界破裂.三.氢脆化的削除与防止经研究调查结果显示,在测试任何材料对氢脆化的感受性是直接与材料本身氢侵入含量有关(侵入的型态与有效性0.因此烧烤过程中时间温度的关系不但取于钢的成份和组织而且也和电镀过程息息相关,另外大部分高强度的钢,共而快速跌落.有很多原因可能使得紧固件脆化,氢脆化测试仅是最后的手段,重要的是事前的防范以预防及降低重大的损失.当制造过程管制(包括电镀处理过程)将可使氢脆化的机率降到最低.本文版权所属标准件之都网，如需转载、摘编或以其它方式使用本文内容，请在授权范围内使用，并标注“来源：标准件之都”。

氢脆现象对螺纹紧固件强度的影响

氢脆现象对螺纹紧固件强度的影响高强度螺栓的强度水平一般分为8.8、9.8、10.9和12.9四个级别，通常为调质处理的中碳钢或中碳合金钢。

高强度螺栓联接对节约原材料成本，节省装配位置及减轻整车、整机重量等方面无疑具有不可替代的优势。

但目前，由氢脆引发的钢制螺纹紧固件联接断裂仍然是一个严重的产品质量问题。

电镀诱发的氢脆断裂出现的时间长短不一，有的是投入使用后断裂；有的是还在交付试验中或在寿命试验之中；有的是还在等待交付中；有的是在装配过程中；有的是断裂在电镀过程之中。

人们可以采取各种技术来减少或预防螺纹紧固件中产生的氢脆问题。

一、氢脆形成的理论与机理所谓氢脆，是指氢原子侵入基体材料中而引起的材料延迟失效断裂。

它的发生需要满足两个条件：a、金属有较高的含氢量；b、一定的外力作用。

氢脆大体上可分为以下两类：第一类主要是由外部环境侵入的氢（外氢）引起的延迟断裂。

如车辆车厢、驾驶室外壳等连接使用的螺栓、螺母，在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生；第二类酸洗、电镀处理的制造过程中侵入钢中的氢（内氢）弓I起的延迟断裂。

如镀锌螺栓等在加载后，经过几小时或几天的较短时间后而发生。

对于前者，一般是由于在长期暴露过程中发生腐蚀，腐蚀坑处腐蚀反应生成的氢侵入而引起的；后者是由于制造过程如酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处集中而引起的。

研究表明，实际使用的螺纹紧固件在自然环境下发生氢脆断裂的主要是淬火回火的马氏体系钢，一般发生在屈服强度〉620MPa、硬度》32HRC的高强度材料。

钢的屈服点愈高愈容易发生氢脆破坏，即使只含少量的氢气，也可能导致破坏。

材料强度对氢脆敏感性的影响是：随着钢的强度的提高，其变脆指数也升高，而持久强度降低，说明钢的强度越高，对氢脆越敏感。

车辆结构中的螺纹紧固件，起着连接、紧固和密封的作用，装配时必须拧紧，联接的部件不同，所受的载荷各不同。

有的承受弯曲或剪切应力，有的承受反复交变的拉应力和压应力，也有的承受冲击载荷或同时承受上述几种载荷，由于氢脆具有延迟性和突发性，所以它的危害很大。

螺丝电镀后氢脆问题及解决方案

螺丝电镀后氢脆问题及解决方案直接说结论：以合金钢作原料生产的10.9级、12.9级、14.9级高强度螺栓电镀后（或仅酸洗后），必须在第一时间除氢脆处理，除氢脆处理的方法是：200度烘箱加热3-4小时析出氢原子。

以下内容是唠叨：第二次世界大战初期，英国皇家空军一架Spitpie战斗机由于引擎主轴断裂而坠落，机毁人亡，此事曾震惊英国朝野。

1975年美国芝加哥一家炼油厂，因一根15cm的不锈钢管突然破裂，引起爆炸和火灾，造成长期停产。

法国在开采克拉克气田时，由于管道破裂，造成持续一个月的大火。

我国在开发某大油田时，也曾因管道破裂发生过井喷，损失惨重。

在军事方面还有：美国“北极星”导弹因固体燃料发动机机壳破裂而不能发射，美空军F-11战斗机在空中突然坠毁等。

途中行驶的汽车因传动轴突然断裂而翻车，正在机床上切削的刀具突然断裂等事故枚不胜举。

这些灾难性的恶性事故，瞬时发生，事先毫无征兆，断裂无商量，严重地威胁着人们生产财产安全。

起初科学工作者们对出事原因，众说纷纭，一筹莫展。

后来经过长期观察和研究，终于探明这一系列的恶性事故的罪魁祸首——氢脆。

1、氢脆的原因氢脆通常表现为钢材的塑性显著下降，脆性急剧增加，并在静载荷下（往往低于材料的σb）经过一段时间后发生破裂破坏的趋势。

众所周知，氢在钢中有一定的溶解度。

炼钢过程中，钢液凝固后，微量的氢还会留在钢中。

通常生产的钢，其含氢量在一个很小的范围内。

氢在钢中的溶解度随温度下降而迅速降低，过饱和的氢将要析出。

氢是在钢铁中扩散速度最快的元素，其原子半径最小，在低温区仍有很强的扩散能力。

如果冷却时有足够的时间使钢中的氢逸出表面或钢中的氢含量较低时，则氢脆就不易发生。

如果冷却速度快，钢件断面尺寸比较大或钢中氢含量较高时，位于钢件中心部分的氢来不及逸出，过剩的氢将进入钢的一些缺陷中去，如枝晶间隙、气孔内。

若缺陷附近由于氢的聚集会产生强大的内压而导致微裂纹的萌生与扩展。

这是由于缺陷吸附了氢原子之后，使表面能大大降低，从而导致钢材破坏所需的临界应力也急剧降低。

(整理)紧固件的氢脆处理

紧固件的氢脆处理文章引用自: [引用] 2008-03-12 | 发表者: 螺丝紧固件的氢脆是由于在早期处理过程中有氢原子进入材料内部。

多数情况下，紧固件在承受静态拉伸载荷的条件下发生氢脆。

在进行高应变速率材料试验，如普通拉伸试验时，不易发生氢脆。

氢原子通常向材料中承受三向应力的区域扩散。

材料中的应力水平与系统中氢的聚集程度将影响氢扩散到陷阱位置的比例。

氢在陷阱位置的聚集将使得材料的断裂应力下降，以致在材料中出现裂纹形成、裂纹扩展及至失效等现象。

氢在承受静载的紧固件中的扩散可以通过氢脆断裂前的延迟时间而直接观察到。

由于材料的氢脆倾向、材料中氢的总量、氢的扩散比以及旋加应力水平的不同，氢脆断裂时间延迟的变化很大，从几分钟到几天或几周不等。

如果紧固件在处理过程中曾经接触过具有氢离子的环境，它就有可能发生氢脆。

在钢发生化学或电化学反应的过程中产生氢的任何处理都将使氢进入材料，从而增加材料的氢脆倾向。

汽车工业中使用的钢质紧固件在环境腐蚀、阴极电解除油、酸液去氧化皮、化学清洗、发黑和电镀一类的化学转化膜处理条件下，都将与活性氢原子直接接触。

由于电镀处理过程将产生氢，其对钢制紧固件氢的吸收所起作用最大。

电镀过程中吸收氢的总量在很大程度上取决于电镀液的效率。

总的来说，高效电镀处理产生的氢比低效电镀处理产生的氢要少。

电镀滚桶中电镀液装载量的过多或过少等因素将对电镀处理的效率产生很大的影响。

其它与钢作用时产生氢的过程，如酸洗、热处理后去氧化皮或镀前处理，其影响也都是不容忽视的。

John-son的研究很好地描述了浸入酸液对钢的韧性的影响。

紧固件处理过程中对氢的吸收是累积性的。

单一的某种处理引入零件的氢或许不足以导致氢脆，但多种处理引入零件的氢的累积却有可能导致氢脆。

电镀或清洗过程中氢吸收的不利影响可在电镀后的加热处理（通常是指烘烤）过程中予以消除或减轻。

氢脆危害的严重程度通常取决于紧固件的强度级别和/或冷加工状况。

紧固件产品电镀后必须进行去处氢脆处理

关于氢脆问题1、螺纹紧固件氢脆产生的原因及危害螺纹紧固件在制造的过程（如：调质（淬火＋高温回火）、氰化、渗炭、化学清洗、磷化、电镀、滚压碾制和机加工（不适当的润滑而烧焦）等工序）和服役环境中，由于阴极保护的反作用或腐蚀的反作用，氢原子有可能进入钢或其他金属的基体，并滞留在基体内，在低于屈服强度（合金的公称强度）的应力状态下，它将可能导致延伸性或承载能力的降低或丧失、裂纹（通常是亚微观的），直致在服役过程或储存过程中发生突然断裂，造成严重的脆性失效。

螺纹紧固件，尤其是高强度紧固件经冷拔、冷成形、碾制螺纹、机加工、磨削后，再进行淬硬热处理、电镀处理，极易受氢脆的破坏。

导致紧固件氢脆的原因很多，但是电镀处理工序是关键的因素之一。

紧固件由于氢脆产生的脆性断裂，一般发生的很突然，是无法预料的，故这种失效的形式造成的后果是很严重的。

尤其是在有安全性能要求时，减少氢脆的产生是很有必要的，因此，电镀紧固件去除氢脆是一项很重要的工作工作。

2、紧固件易产生氢脆失效危险的情况及特征A、高抗拉强度或硬化或表面淬硬；B、吸附氢原子；C、在拉伸应力状态下。

随着零件硬度的提高、含碳量的增加、冷作硬化程度的强化，在酸洗和电镀过程中。

氢的溶解度和因此产生吸收氢的总量也将增加，也就是说零件的氢脆敏感性就越强。

直径较小的零件比直径较大的零件氢脆敏感性就强。

3、减少电镀紧固件氢脆的措施A、加工硬度大于或等于320HV的电镀紧固件，在清洗过程前，应增加应力释放过程；在清洗过程中，应使用防腐蚀酸、碱性或机械方法进行。

浸入到防腐酸的时间尽可能的设计为最小持续时间。

B、硬度超过320HV的紧固件在进行冷拔、冷成形、机械加工、磨削后进行热处理工序时，则应符合ISO9587D的规定；C、应尽可能避免有意引入残余应力办法。

如：螺栓、螺钉在热处理后碾制螺纹；D、经热处理或冷作硬化的硬度超过385HV或性能等级12.9级及其以上的紧固件不适宜采用酸洗处理，应使用无酸的特殊方法，如：碱性清洗、喷砂等方法。

螺丝氢脆防制

螺絲氫脆預防與控制廖光磊摘要氫脆會導致螺絲遽然斷裂，影響使用安全，是螺絲工業須重視的問題，本文針對氫脆發生的原因、防制方法及試驗程序討論分析，具有參考價值。

前言當氫原子大量進入鋼鐵或合金之內部時，會使延展性及負荷承受力降低，或產生裂痕，即使承受之應力仍明顯低於材料之降伏強度或設計強度時，亦會遽然造成因氫原子引起的延遲脆裂現象，此現象即稱為氫脆。

在螺絲之酸洗、電鍍、皮膜披覆等過程或在成形、切削、車鑽、焊接等機械加工過程由於潤滑劑不良均會產生氫，氫原子對螺絲機械性質的影響及可能造成的氫脆問題有必要深入研究及預防，以維護螺絲的品質與確保使用安全。

一、螺絲氫脆原因螺絲之製造及處理過程，尤其是電鍍及電鍍前的酸洗時，螺絲表面會吸收氫原子，氫原子會陷入沈澱附著的金屬鍍層，當螺絲施力鎖緊時，氫原子會移動至應力集中的地方，承受的應力增強時，表面會產生微小裂痕，此時氫原子會再迅速滲入新產生的裂痕中，如此因應力產生裂痕加上氫原子滲入，不斷的重覆作用直到螺絲斷裂為止。

承受的應力除了外部施加的，也可能是內部殘留的或兩者合成的。

高強度、高硬度的碳鋼螺絲或合金鋼螺絲，容易發生氫脆，而電鍍及皮膜披覆的螺絲特別有氫脆的問題，此情形在許多不同的機械設備或結構上皆有例證。

氫脆造成螺絲斷裂成兩部份，發生於螺絲完成裝配及鎖緊後的使用期間內，通常是在數十個小時內就發生斷裂且毫無預警或有可見的徵兆，可能瞬間就形成危害。

高強度小尺寸的自攻螺絲(Tapping Screw)也容易氫脆，所以螺絲製造商要特別注意預防。

二、氫脆預防與控制氫脆的預防與控制指的是針對電鍍及酸洗使用無氫脆或少氫脆的製造程序。

例如：(一)盡量減少會產生氫原子的製程或化學處理1.避免陰極清洗、浸泡或活性化處理，宜使用鹼劑清洗或陽極鹼洗。

2.水洗前使用蒸汽溶劑脫脂。

3.使用噴砂、高壓蒸汽或滾轉等機械方式除銹以替代酸洗。

4.使用抑制性的酸性浴電鍍，其中的抑制劑可以減少氫原子的產生及防止氫原子滲入鋼鐵表面。

螺栓的氢脆断裂分析

螺栓的氢脆断裂分析螺栓的氢脆断裂是指螺栓在受到氢的腐蚀作用或吸附后，因为氢的存在而引起的断裂现象。

由于氢的小分子尺寸，能够渗透到很多材料中，包括钢材，导致螺栓的氢脆断裂。

氢脆断裂对于螺栓的使用和安全性具有严重影响，因此对其进行分析和预防非常重要。

氢脆断裂的原因可以分为内在原因和外在原因。

内在原因是指材料本身的特性，如材料的晶粒尺寸、合金成分等。

外在原因则是指外部环境对于材料的影响，如温度、湿度、应力等。

首先，氢的渗透是氢脆断裂的关键因素之一、当螺栓表面存在细小的裂纹、孔洞或者较高的应力时，氢能够从周围环境渗透到螺栓中。

渗透的氢原子会进入晶格中，并与材料中的金属原子结合成氢化物。

氢化物形成后，会导致晶格内的应力增大，从而使螺栓变脆并发生断裂。

其次，氢的吸附也是氢脆断裂的重要原因之一、当螺栓表面暴露在含有氢的环境中时，氢原子会吸附在螺栓表面上。

吸附的氢原子会与金属原子结合，并形成氢化物。

这些氢化物的形成会导致螺栓的变脆和断裂。

氢脆断裂的发生与材料的化学成分也有关系。

一些高强度钢材中的合金元素，如锰、硅、铝等，可以减少氢脆的发生。

这是因为合金元素会与氢原子结合形成稳定的化合物，减少氢的渗透和吸附。

在预防螺栓的氢脆断裂中，需要注意以下几点：1.控制氢的渗透和吸附。

可以采用合理的防腐措施，如使用防腐涂层、隔离层等，阻止氢的渗透和吸附。

2.控制螺栓表面的应力。

可以通过合适的螺栓设计和安装方式，减少螺栓表面的应力集中，降低氢的渗透和吸附的可能性。

3.控制材料的成分。

选择合适的材料和合金元素，减少氢脆的发生。

4.对于容易受到氢脆影响的螺栓，在生产和使用过程中应进行严格的检测和监控，及时发现和处理有问题的螺栓，确保使用安全。

总之，螺栓的氢脆断裂是一种非常危险的现象，会对螺栓的使用和安全造成严重影响。

为了预防螺栓的氢脆断裂，需要综合考虑材料的性质、环境因素和设计等多个因素，并采取相应的防腐措施和预防措施，以确保螺栓的使用安全。

螺栓的氢脆断裂分析

螺栓的氢脆断裂分析
氢脆就是指钢材内的氢分子造成的应力集中超过了钢材的强度极限，在钢材内部形成了小裂纹，这种裂纹一旦产生就不能消除，在生产成螺栓后，在内部残余或者外加的应力作用下，就可能导致螺栓断裂。

氢脆只能预防，不能治理，因此需要了解不锈钢螺栓合金钢螺栓氢脆断裂的原因，才能从源头避免氢脆问题的发生。

合金钢螺栓氢脆断裂的原因主要有四种：酸洗时引入氢、熔炼过程未完全去氢、外部环境引入氢、氢致延迟型断裂。

酸洗时引入氢：合金钢螺栓的加工过程中包含酸洗和电镀，而这两个工艺环节容易引入氢原子。

如酸洗磷皂化和皂化过程中都有可能引入氢，尤其是磷化工艺中，在磷酸的作用下，铁和碳形成的了无数原电池，在阳极区工件表面形成磷化膜，在阴极区则放出大量的氢。

这种在加工过程中吸入的氢可以说是螺栓氢脆断裂的主要原因了。

熔炼过程中未完全去除氢：在合金钢螺栓的熔炼过程中，有些氢原子留存是无法避免的，这和熔炼的温度、环境及熔炼过程控制都有较大的关联。

在这个过程中残留的氢原子会在氢脆的产生过程中对螺栓的断裂起到促进作用。

外部环境引入氢：如果螺栓的使用环境长期潮湿，那么也会有部分的氢渗入，如在雨水较多的地区用的螺栓其氢脆断裂的发生比例更高。

氢致延迟型脆性断裂：这就是内部残余应力或外在应力的共同
作用下，引发了氢脆断裂。

想要预防螺栓氢脆断裂，就需要根据实际工况来选择适当的原材料、加工工艺（热处理、电镀、酸洗等），采用严格的预防措施。

螺栓的氢脆断裂分析

螺栓的氢脆断裂氢脆断裂的种类很多，主要分为氢蚀断裂、白点断裂、氢化物致脆断裂和氢致延滞断裂。

螺钉氢脆断裂通常特指是氢致延滞断裂：氢原子侵入螺钉的基体材料，螺钉拧紧后，即螺钉沿轴线承受一定静载荷（拉伸应力），经过一段时间，突然发生脆性断裂。

螺钉氢脆断裂是常见的螺钉失效模式。

螺钉氢脆断裂通常发生于经过热处理和电镀处理的高强度普通螺纹螺钉和表面硬度较高的自攻螺纹螺钉，大多发生在螺钉头与螺杆或光杆与螺纹交接的部位。

螺钉氢脆断裂一般在螺钉组装后48小时内发生。

判定螺钉断裂是否为氢脆断裂最直观的方法是观察断口形貌。

用肉眼或低倍放大镜宏观观察：螺钉氢脆断裂断口与最大正应力方向基本垂直，断口平齐，无明显的塑性变形，断面明显可分成裂纹源区和裂纹扩展区两个区域，裂纹源区呈结晶颗粒状，颜色呈暗灰色，裂纹源区从螺纹的根部开始，沿着螺纹旋转的方向开裂；裂纹扩展区颜色呈银灰色，可见放射状条纹，条纹收敛于裂纹源区。

用扫描电镜或电子显微镜微观观察：裂纹源区呈沿晶断裂（晶界间存在微裂纹）形貌，并存在沿晶二次裂纹，晶粒轮廓鲜明，呈冰糖状，晶粒表面存在大量的鸡爪痕，裂纹扩展区主要呈准解理断裂（在正应力作用下产生的穿晶断裂，通常沿一定的严格的晶面分离，同时伴随一定的塑性变形痕迹）形貌，部分区域存在韧窝（小凹坑）及沿晶断裂形貌。

螺钉基体材料的氢含量也是判定是否为氢脆断裂的重要依据。

氢含量可用氧氮氢分析仪测得，主要是看含氢量相对于合格的螺钉或电镀处理前的螺钉是否有显著增加。

碳钢材料允许的氢含量尚无严格的标准，但氢对碳钢材料会造成损害是确定无疑的，含氢量的多寡仅表现为对碳钢材料损伤程度的差别。

螺钉的氢脆断裂机理非常复杂，自20世纪40年代螺钉氢脆断裂问题被发现以来，其断裂机理一直是学术界的研究热点，但至今还是没有统一的认知。

比较有名的理论有四种：氢压理论、氢表面吸附理论、晶格脆化理论和位错理论。

其中位错理论能相对较好地解释螺钉氢脆断裂的特点，位错理论认为：当温度低于某一临界温度时，基体材料中的氢在基体形变过程中形成某种气团。

螺丝氢脆的控制及去氢工艺

螺丝氢脆的控制及去氢工艺螺丝氢脆的控制在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。

因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。

析氢的影响是多方面的,其中最主要的是螺丝氢脆。

螺丝氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。

表面处理技术人员必须掌握避免和消除螺丝氢脆的技术,以使螺丝氢脆的影响降低到最低限度。

一、螺丝氢脆1螺丝氢脆现象螺丝氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。

曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%～50%。

某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。

另外,有一些螺丝氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。

这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。

2 螺丝氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。

氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。

螺丝氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。

因此,螺丝氢脆通常表现为延迟断裂。

氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。

镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。

经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。

氢脆是不是需要特别注意

10 NOK不符合要求
2
Does the operation meet the Standard Operation Sheets?现场操作是否按现场的作业指导书操作
0 OK符合要求
5 need improve有小问题需改进
10 NOK不符合要求
3
Does all parts meet SGM's traceable process?零件是否满足SGM的追溯流程
现场随机抽取目前已供货的零件
Quality质量&Manufacturing制造
1
Do the Standard Operation Sheets contain appropriate and complete information?
作业指导书是否包含了适合且完整的信息？
0 OK符合要求
5 need improve有问题需改进
5 need improve有问题需改进
10 NOK不符合要求
5
Do the Standard Operation Sheets meet control plan?操作指导书是否与控制计划一致?
0 OK无不符合项
5 one reject item1条不符合项
10 more than one reject item >1条不符合项
紧固件制造商都在寻找避免氢脆问题的方法，包括：采用低氢清洗和低氢电镀，其目的是减少氢气的暴露，其镀后处理190～210℃温度下烘烤4～24小时。
近年来，汽车和各类机械设备多次发现，表面电镀的紧固件存在氢脆的质量风险。在调研中发现紧固件OEM及供应商有未严格按工艺标准操作，或未经充分验证更改供应商情况。
下面简述一下对表面电镀供应商防止氢脆措施评审内容；

螺栓的氢脆断裂分析

螺栓的氢脆断裂氢脆断裂的种类很多，主要分为氢蚀断裂、白点断裂、氢化物致脆断裂和氢致延滞断裂。

螺钉氢脆断裂通常特指是氢致延滞断裂：氢原子侵入螺钉的基体材料，螺钉拧紧后，即螺钉沿轴线承受一定静载荷（拉伸应力），经过一段时间，突然发生脆性断裂。

螺钉氢脆断裂是常见的螺钉失效模式。

螺钉氢脆断裂通常发生于经过热处理和电镀处理的高强度普通螺纹螺钉和表面硬度较高的自攻螺纹螺钉，大多发生在螺钉头与螺杆或光杆与螺纹交接的部位。

螺钉氢脆断裂一般在螺钉组装后48小时内发生。

判定螺钉断裂是否为氢脆断裂最直观的方法是观察断口形貌。

用肉眼或低倍放大镜宏观观察：螺钉氢脆断裂断口与最大正应力方向基本垂直，断口平齐，无明显的塑性变形，断面明显可分成裂纹源区和裂纹扩展区两个区域，裂纹源区呈结晶颗粒状，颜色呈暗灰色，裂纹源区从螺纹的根部开始，沿着螺纹旋转的方向开裂；裂纹扩展区颜色呈银灰色，可见放射状条纹，条纹收敛于裂纹源区。

用扫描电镜或电子显微镜微观观察：裂纹源区呈沿晶断裂（晶界间存在微裂纹）形貌，并存在沿晶二次裂纹，晶粒轮廓鲜明，呈冰糖状，晶粒表面存在大量的鸡爪痕，裂纹扩展区主要呈准解理断裂（在正应力作用下产生的穿晶断裂，通常沿一定的严格的晶面分离，同时伴随一定的塑性变形痕迹）形貌，部分区域存在韧窝（小凹坑）及沿晶断裂形貌。

螺钉基体材料的氢含量也是判定是否为氢脆断裂的重要依据。

氢含量可用氧氮氢分析仪测得，主要是看含氢量相对于合格的螺钉或电镀处理前的螺钉是否有显著增加。

碳钢材料允许的氢含量尚无严格的标准，但氢对碳钢材料会造成损害是确定无疑的，含氢量的多寡仅表现为对碳钢材料损伤程度的差别。

螺钉的氢脆断裂机理非常复杂，自20世纪40年代螺钉氢脆断裂问题被发现以来，其断裂机理一直是学术界的研究热点，但至今还是没有统一的认知。

比较有名的理论有四种：氢压理论、氢表面吸附理论、晶格脆化理论和位错理论。

其中位错理论能相对较好地解释螺钉氢脆断裂的特点，位错理论认为：当温度低于某一临界温度时，基体材料中的氢在基体形变过程中形成某种气团。

螺栓的氢脆断裂分析精编WORD版

螺栓的氢脆断裂分析精编WORD版
首先，螺栓的氢脆断裂是由于螺栓吸氢而引起的。

在一些特殊的工作
环境中，比如一些化工厂、电解池、含氢气环境等，螺栓会与氢气接触，
从而吸收氢气。

吸收过多的氢气会使螺栓的内部产生高压氢气团，进而导
致螺栓发生脆性断裂。

其次，氢气的脆性作用是导致螺栓断裂的主要原因之一、氢气本身是
一种非常活泼的元素，它会渗入到螺栓的晶界和内部缺陷处，并与金属原
子发生化学反应。

这种反应会造成螺栓内部形成氢化物，并导致螺栓的脆
性增加。

当螺栓承受外来载荷时，脆性增加的螺栓容易发生断裂。

此外，螺栓的氢脆断裂还与螺栓的材料和强度有关。

不同的螺栓材料
对氢脆的敏感性不同，在一些脆性金属中容易发生氢脆断裂。

高强度的螺
栓更容易发生氢脆断裂，因为高强度材料的晶界缺陷更多，氢气更容易渗入。

为了避免螺栓的氢脆断裂，可以采取一些措施。

首先，选择合适的螺
栓材料，避免使用容易氢脆的金属材料。

其次，在设计和制造过程中加强
螺栓的质量控制，确保螺栓不含有氢气。

此外，可以通过表面处理的方式
来降低螺栓的氢脆性，比如利用热处理或电化学处理来改善螺栓的性能。

总结起来，螺栓的氢脆断裂是一种在特定工作环境下发生的断裂现象，由于螺栓吸收了过多的氢气而引起。

氢气的脆性作用是导致螺栓断裂的主
要原因之一、为了避免螺栓的氢脆断裂，需要选择合适的螺栓材料，加强
螺栓的质量控制，并采取适当的表面处理方式。

通过这些措施可以有效地
预防螺栓的氢脆断裂。

氢脆风险

氢脆问题为有效地提高弹性紧固件(弹簧垫圈、锥形垫圈、鞍形垫圈、波形垫圈等)抗蚀防护性能和装饰性，多半要进行表面处理，如发黑、磷化、电镀锌等处理。

其中电解镀锌及钝化处理应用更为广泛。

加上弹性紧固件的硬度一般在42-50HRc之间，由于材料及表面处理的原因，它对氢比较敏感，在电镀后，除氢处理未达到驱氢目的，其残存的氢会造成弹性紧固件的延迟断裂。

目前，由延迟断裂氢脆引发的弹性紧固件断裂自然是一个严重的产品质量问题，人们可以采取各种技术来减少和预防弹性紧固件的氢脆问题。

1．材料缺陷的影响弹性紧固件材料表面缺陷对电镀锌的有害影响是不容忽视的，比如钢板表面轻微裂纹折叠、斑痕蚀坑夹杂和超过允许深度的脱碳层，都会对弹性紧固件镀锌产生十分有害的影响，压弯成型不当造成表面插划伤，局部应力集中等都会有不良影响。

2．热处理工艺的影响热处理工艺对弹性紧固件电镀锌后的氢脆是有较大影响的，若硬度?45HRc时，均会诱发或导致弹性紧固件断裂。

在确保热处理技术参数的前提下，选择适宜的加热温度，合理的加热时间，充分予以回火。

以最大限度地消除组织应力和热应力，避免其有害影响。

淬火加热时应严防氧化和脱碳，网带炉碳势控制在0.60%-0.70%,盐浴炉必须认真脱氧捞渣,进行硬度检测时,严格注意表面层造成硬度虚假现象，使硬度测试值失真。

一般应控制在42-44HRc为佳，不要超过45HRc。

3．电镀过程的影响弹性紧固件由于氢的侵袭往往发生氢脆断裂，造成重大损失。

析氢渗氢在整个电解镀锌中是不可避免的，析出的氢能够渗入镀锌层，甚至渗入基体金属内。

锌的吸氢大约在0.001%-0.100%,而铁碳合金吸氢在0.1%左右。

氢在金属内使晶格扭曲，产生很大的内应力，致使其机械性能降低，析氢不仅对镀层性能产生不利影响，如产生针孔、麻点、气泡等缺陷，而且会渗透至基体金属中，使金属韧性大大降低，导致零件脆断。

析氢的原因除在热处理外，较高的加热温度，氢很容易渗入零件应力集中的区域，酸洗和电镀都会发生析氢。

螺栓氢脆断口特征

螺栓氢脆断口特征
一、前言
螺栓氢脆断口是指在使用过程中由于螺栓材料中存在过量的氢元素，导致螺栓出现断裂现象。

这种现象被称为氢脆断口。

本文将从特征、原因和防范措施三个方面详细介绍螺栓氢脆断口的相关知识。

二、特征
1. 断口呈现明显的韧窝状，表明该断裂发生在塑性变形区域；
2. 断口表面光洁，没有明显的晶粒状结构；
3. 断口处有时会出现黑色或紫色的斑点，这是氢化物沉淀所致；
4. 断口处存在细小的孔洞和裂纹，表明氢元素影响了金属材料的强度和韧性。

三、原因
1. 腐蚀：当螺栓材料受到水分或其他化学物质的侵蚀时，可能会导致氢元素进入金属晶格中；
2. 加工：在制造过程中，如电镀、焊接等加工过程中可能会产生大量氢元素；
3. 介质：在某些介质中，如酸性环境、高温、高压等条件下，螺栓材料可能会吸收氢元素；
4. 存储：长期存放在潮湿环境中的螺栓可能会因为吸收了大量水分而导致氢脆。

四、防范措施
1. 选择合适的材料：选择低含氢量的材料可以有效降低氢脆断口的发生率；
2. 加工过程中注意控制氢元素含量：在加工过程中，应该注意控制加工温度和时间，避免产生过多的氢元素；
3. 防止腐蚀：使用防腐涂层或选择抗腐蚀性能好的材料可以有效降低氢脆断口的发生率；
4. 储存注意事项：避免将螺栓存放在潮湿环境中，可以采用密封包装或其他方式保持干燥。

五、结论
总之，对于机械设备来说，螺栓作为连接件起到了至关重要的作用。

因此，在使用过程中应该格外注意防范氢脆断口的发生。

只有通过选材、加工、防腐等一系列措施，才能有效降低氢脆断口的发生率，保障设备的安全运行。

螺纹紧固件氢脆的发生与预防及简易检测方法

螺纹紧固件氢脆的发生与预防高强度螺栓的强度水平一般分为8.8、9.8、10.9和12.9四个级别，通常为调质处理的中碳钢或中碳合金钢。

高强度螺栓联接对节约原材料成本，节省装配位置及减轻整车、整机重量等方面无疑具有不可替代的优势。

但目前，由氢脆引发的钢制螺纹紧固件联接断裂仍然是一个严重的产品质量问题。

电镀诱发的氢脆断裂出现的时间长短不一，有的是投入使用后断裂；有的是还在交付试验中或在寿命试验之中；有的是还在等待交付中；有的是在装配过程中；有的是断裂在电镀过程之中。

人们可以采取各种技术来减少或预防螺纹紧固件中产生的氢脆问题。

1．氢脆形成的理论与机理所谓氢脆，是指氢原子侵入基体材料中而引起的材料延迟失效断裂。

它的发生需要满足两个条件：a、金属有较高的含氢量；b、一定的外力作用。

氢脆大体上可分为以下两类：第一类主要是由外部环境侵入的氢（外氢）引起的延迟断裂。

如车辆车厢、驾驶室外壳等连接使用的螺栓、螺母，在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生；第二类酸洗、电镀处理的制造过程中侵入钢中的氢（内氢）引起的延迟断裂。

如镀锌螺栓等在加载后，经过几小时或几天的较短时间后而发生。

对于前者，一般是由于在长期暴露过程中发生腐蚀，腐蚀坑处腐蚀反应生成的氢侵入而引起的；后者是由于制造过程如酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处集中而引起的。

研究表明，实际使用的螺纹紧固件在自然环境下发生氢脆断裂的主要是淬火回火的马氏体系钢，一般发生在屈服强度＞620MPa、硬度≥32HRc的高强度材料。

钢的屈服点愈高愈容易发生氢脆破坏，即使只含少量的氢气，也可能导致破坏。

材料强度对氢脆敏感性的影响是：随着钢的强度的提高，其变脆指数也升高，而持久强度降低，说明钢的强度越高，对氢脆越敏感。

车辆结构中的螺纹紧固件，起着连接、紧固和密封的作用，装配时必须拧紧，联接的部件不同，所受的载荷各不同。

有的承受弯曲或剪切应力，有的承受反复交变的拉应力和压应力，也有的承受冲击载荷或同时承受上述几种载荷，由于氢脆具有延迟性和突发性，所以它的危害很大。

螺栓氢脆

氢脆原因及分析
一、氢脆产生的原因
①“在热处理、气体渗碳、清洗、包装、磷化处理、电镀、自身摧残过程中，以及在服役环境中，由于阴极保护或腐蚀的反作用，氢原子都有可能进入基体。

在加工过程中，氢原子也可能进入，如辗制螺纹、机加工和钻削中因不适当的润滑而烧焦，还有焊接或钎焊工序。

零件经机械加工、磨削、冷成型或冷拔后，尤其再进行淬硬热处理，则极易受氢脆破坏。

”
由此可见工件在磷化处理、镀锌过程中都会产生氢脆。

并且氢脆不只是在表面防腐处理过程中产生，在其它生产过程也会产生氢脆。

二、驱氢的条件
⑦“通常对性能等于或大于10.9级的螺栓和螺钉以及表面淬硬的自攻螺钉等紧固件，为减小氢脆的危险，要求镀后进行去除氢脆的处理。

”
三、磷化和镀锌耐腐蚀性的比较：
②“就磷酸盐膜本身来说，它的耐腐蚀性是不高的，当用3%NaCl溶液进行盐雾试验时，仅经历几个小时，膜的表面就会出现腐蚀的锈迹。

在酸和碱的溶液中，磷酸盐膜容易被溶解；甚至弱酸和弱碱的溶液都可以引起膜的显著变化。

”未经后处理的工件其磷化膜的耐腐蚀时间为③“出现腐蚀物最短时间不小于2小时”。

而镀锌的工件④“当转化膜的颜色为漂白色时（镀层厚度为0.005mm），出现白色腐蚀物时间不小于12小时；当转化膜的颜色为彩虹色时（镀层厚度为0.005mm），出现白色腐蚀物时间不小于48小时。

”
由此可见，镀锌工件其耐腐蚀性要远远大于磷化工件。

关于氢脆问题

关于氢脆问题1、螺纹紧固件氢脆产生的原因及危害螺纹紧固件在制造的过程（如：调质（淬火＋高温回火）、氰化、渗炭、化学清洗、磷化、电镀、滚压碾制和机加工（不适当的润滑而烧焦）等工序）和服役环境中，由于阴极保护的反作用或腐蚀的反作用，氢原子有可能进入钢或其他金属的基体，并滞留在基体内，在低于屈服强度（合金的公称强度）的应力状态下，它将可能导致延伸性或承载能力的降低或丧失、裂纹（通常是亚微观的），直致在服役过程或储存过程中发生突然断裂，造成严重的脆性失效。

螺纹紧固件，尤其是高强度紧固件经冷拔、冷成形、碾制螺纹、机加工、磨削后，再进行淬硬热处理、电镀处理，极易受氢脆的破坏。

导致紧固件氢脆的原因很多，但是电镀处理工序是关键的因素之一。

紧固件由于氢脆产生的脆性断裂，一般发生的很突然，是无法预料的，故这种失效的形式造成的后果是很严重的。

尤其是在有安全性能要求时，减少氢脆的产生是很有必要的，因此，电镀紧固件去除氢脆是一项很重要的工作工作。

2、紧固件易产生氢脆失效危险的情况及特征A、高抗拉强度或硬化或表面淬硬；B、吸附氢原子；C、在拉伸应力状态下。

随着零件硬度的提高、含碳量的增加、冷作硬化程度的强化，在酸洗和电镀过程中。

氢的溶解度和因此产生吸收氢的总量也将增加，也就是说零件的氢脆敏感性就越强。

直径较小的零件比直径较大的零件氢脆敏感性就强。

3、减少电镀紧固件氢脆的措施A、加工硬度大于或等于320HV的电镀紧固件，在清洗过程前，应增加应力释放过程；在清洗过程中，应使用防腐蚀酸、碱性或机械方法进行。

浸入到防腐酸的时间尽可能的设计为最小持续时间。

B、硬度超过320HV的紧固件在进行冷拔、冷成形、机械加工、磨削后进行热处理工序时，则应符合ISO9587D的规定；C、应尽可能避免有意引入残余应力办法。

如：螺栓、螺钉在热处理后碾制螺纹；D、经热处理或冷作硬化的硬度超过385HV或性能等级12.9级及其以上的紧固件不适宜采用酸洗处理，应使用无酸的特殊方法，如：碱性清洗、喷砂等方法。

氢脆现象发生的条件

氢脆现象发生的条件氢脆是一种在高强度钢材中发生的现象，其主要特征是在应变速率较低条件下，材料在高应力下发生断裂。

这种现象会导致材料的脆性增加，从而降低其可靠性和使用寿命。

氢脆主要发生在高强度钢材料中，而低强度钢材料通常不会发生氢脆现象。

氢脆现象的发生条件涉及多个方面，主要包括材料本身的性能、外部环境和加工工艺等因素。

下面将逐个分析这些因素。

首先，材料本身的性能对氢脆的发生具有重要影响。

高强度钢材料通常具有较高的强度和硬度，这使得其更容易受到氢脆现象的影响。

此外，材料的结构和组织也会影响氢脆的发生，部分热处理工艺会改变材料的结构，导致材料变得更容易受到氢脆的影响。

另外，材料中的存在的一些缺陷，如夹杂物、析出相等也会促进氢脆的发生。

因此，对材料的成分和性能进行合理的设计和选择是预防氢脆的关键。

其次，外部环境也是氢脆发生的重要条件之一。

氢气是引起氢脆发生的主要原因之一，外部环境中存在的氢气会进入材料内部并与材料中的碳原子结合，形成氢化碳化物，从而导致材料变脆。

因此，在一些特定环境中，如酸洗、电镀、水脱氢等工艺下，氢气会被析出并渗入材料内部，增加了氢脆发生的风险。

此外，环境中的应力和温度变化也可能加剧材料的脆性，从而促进氢脆现象的发生。

因此，在实际生产中，要注意控制好外部环境和加工工艺，避免氢脆的发生。

最后，加工工艺也对氢脆的发生具有重要影响。

一些加工工艺会使材料容易吸收氢气，增加氢脆的发生风险。

例如，在一些金属切削加工中，由于切削过程生成了大量的金属屑，这些金属屑本身就会带有氢气，并且在切削加工中产生的温度和压力会使得这些氢气渗入材料内部，增加了材料的氢脆风险。

另外，在焊接、热处理等加工工艺中，也会引入大量氢气，使材料发生氢脆。

因此，在选择和优化加工工艺时，要注意减少氢气的引入，避免氢脆的发生。

总之，氢脆的发生是一个综合性问题，其发生条件涉及材料本身的性能、外部环境和加工工艺等因素。

要有效预防氢脆的发生，需要从多个层面加以控制。