弹簧氢脆机理
氢脆
除氢处理除氢处理，也称去氢处理，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。
氢脆原理铁零件镀锌过程中，除锌的电沉积外，往往伴随有氢离子还原析氢的副反应。
氢还原一部分变成气体逸出，还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去，造成晶格歪扭，零件内应力增加，镀层和基体变脆，人们称之为氢脆。
氢脆对材料的力学性能危害很大，如不除去，会影响零件的寿命，甚至造成机器的破坏事故。
因此某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。
弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。
除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。
除氢效果与除氢温度、保温时间有关。
温度高，时间长除氢越彻底。
但加热温度不能太高，超过250℃锌结晶组织变形、发脆，耐蚀性明显下降。
一般用l90℃~230℃，2h~3h。
渗碳件和锡焊件除氢温度是140℃~l60℃，保温3h。
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,其中最主要的是氢脆。
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氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。
氢脆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。
阀门弹簧频繁失效的原因
阀门弹簧频繁失效的原因
阀弹簧失效的原因总结如下:
1. 高压——弹簧对外力的瞬态冲击形式可分为静态变形、冲击分解和振动变形。
弹簧复位的主要原因是大变形和高载荷。
由高压力引起。
高应力仅适用于静载弹簧，低疲劳寿命延长。
2. 氢脆-如果弹簧没有镀好或腌制好，如果氢处理不当，会导致弹簧钢脆失效，但有色金属阀门弹簧不受此影响。
在电镀溶液中，对于电解水分子，总是有一定数量的氢离子。
部分氢离子形成堆叠，部分以氢原子状态渗入镀层和金属本体，使金属本体在电镀或酸洗后在烘箱或电阻炉中脱氢。
温度和时间是根据弹簧的大小和涂层的厚度来决定的。
一般情况下，当150涂层的温度下降时，常温会变脆。
这是氢。
脆弱。
-250秒，保持0.5-5小时。
3、急弯和刻痕——拉伸、扭转和急弯所造成的扁弹簧，其刻痕或划痕会造成扁弹簧高度应力集中，造成失效，所以弯曲应变应大，并避免打印时记住。
4. 疲劳反复变形的弹簧，特别是当其周期超过106周时，即使是中等的应力也可能导致疲劳失效。
当工作条件恶劣时，应采用低应力，提高弹簧的抗疲劳性能。
在合理选材的情况下，喷丸处理不仅使弹簧表面光滑，而且提高了弹簧的抗疲劳性能，延长了弹簧的抗疲劳性能。
至少可以防止表面脱碳、小坑、压痕、裂纹等缺陷。
喷丸可以使表面产生轻微的塑性变形，产生的残余应力可以部分恢复弹簧在多次断裂后产生的拉应力，拉应力正是裂纹的来源。
弹簧氢脆的机理
弹簧氢脆的机理关于弹簧氢脆的机理有多种学派:氢吸附理论,压力膨胀理论,氢与位错的交互作用理论,晶格脆化理论,氢化物或富氢相析出理论,氢助弹簧断裂(HAC)理论等。
每一学派都有一定的实验根据,都能解释某些弹簧氢脆现象。
1952年N.T.佩奇（N.T.Petch）和P.斯特布尔斯（P.Stabls）提出了领吸附理论。
该理论认为,由丁气吸附丁毅纹的尖端,使金属的表面能，降低,根据恪里菲斯理论,金属的弹簧断裂强度σ正比于γ,随着表面能γ的降低,弹簧断裂强度 Ge 也降低,所以引起材料脆化。
N.T.佩奇等人认为,裂纹表面由于吸附了氢原子,降低了表面能。
当裂纹尖端处于阴极状态时,由于阴极反应,产生人量的氢原子,根据弹簧断裂力学的观点,处于高应力裂纹尖端的表面,将有效地促使氢原了的表面吸附。
氢压力影胀理论是出C 扎普尔(C.Zapfie)在 1947年提出的。
氢压力理论认为,氢原子在应力作用下向材料内部的气孔、空穴、嵌镶结构、位错等缺陷处偏聚,并且结合成氢分子,在微孔内造成很大压力(可达 9.81 x 10°MPa)。
内压力与材料的内应力或外加应力迭加,将使裂纹扩展,导致开裂。
由于高压受氢原子扩散速度控制,因此裂纹的扩展受氢在材料中的扩散能力所决定。
温度较低时,弹簧氢脆缓慢,甚至停止。
氢压力膨胀理论较好的解释了鱼眼型白点的形成机理。
材料受到足够大拉应力时,将在气孔与基体界面处或在夹杂物与基体界而处或夹杂物本身产生显微裂纹,氢原于向裂纹处偏案,结合成氯分子,产生豆大压力。
在外加拉应力作用下,爆炸成局部脆断区,在断口上显示出以气孔或夹杂物为核心的鱼眼型白点。
氢与位错的交互作用理论认为。
聚集在缺口或缓纹前缘三向应力区的复原子与位错交互作用,使位错被钉扎,不能自由运动，造成局部硬化，基体在外力作用下，不能通过塑性变形使向力松弛，只能以形成裂纹方式释放能量。
裂纹进人筑氢区后位储运动恢复自由，可通过塑性变形松弛应力，裂纹停止长大。
金属材料的氢脆性及其机理研究
金属材料的氢脆性及其机理研究氢脆性是指金属材料在含氢环境中出现的显著降低韧性和抗拉强度的现象，是金属材料中的一种严重的失效模式，常常导致严重的事故和损失。
钢、铜、铝等大多数金属材料在含氢环境中都会遭受不同程度的氢脆性影响，因此，氢脆性及其机理是金属材料科学的一个重要课题，也是一些重要工业设备及器件中的可靠性问题的核心。
氢脆性的发生主要与金属材料中的氢原子的吸附和扩散过程有关。
在金属材料中，氢原子会从外部环境中吸附并进入材料内部，随后在其中扩散，直到被释放或者结合形成氢化物。
氢原子的吸附和扩散过程在不同的金属材料中具有不同的特征和动力学规律，因此影响了氢脆性的发生和程度。
金属材料中氢原子的吸附过程受到表面化学反应以及物理吸附的影响。
通常，物理吸附是指氢原子和金属表面之间的相互作用力，并且不需要引发表面化学反应。
相比之下，表面化学反应涉及到氢原子和表面材料原子之间的更复杂的相互作用过程，使得氢原子可以更有效地嵌入表面材料。
氢原子在金属材料中的扩散过程是影响金属材料氢脆性的另一个重要因素。
氢原子的扩散性质在不同的材料中也有所不同，但是却被认为是影响氢脆性的决定性因素之一。
金属材料中氢原子的扩散受到多种因素的影响，诸如材料晶体结构、缺陷及杂质、氢原子浓度等等。
基于材料表面和体内的嵌入不同形式的氢原子，可以发现一系列与金属材料表面和界面有关的物理和化学现象，诸如锯齿状形貌、晶粒分布、硬度变化等等。
氢化物形成是氢脆性的最重要的机理之一。
金属材料中的氢原子通过与材料的原子结合形成氢化物，从而导致材料的本身机械性能出现严重损失。
在氢脆性机制的研究中，常常通过探测金属材料中的氢化物，来间接反映氢化物对金属材料本身性能的影响。
总的来说，金属材料的氢脆性及其机理是一个非常复杂和多面的问题，涉及到材料科学、表面物理化学、材料力学等多方面的知识。
目前，人们对氢脆性及其机理的认识正在不断提高，同时也在寻找各种化学和物理的手段来减弱或者消除氢脆性。
(完整版)氢脆问题汇总
氢脆（hydrogen embrittlement）是指金属材料在冶炼，加工，热处理，酸洗和电镀等过程中，或在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化，发生脆断的现象．从机械性能上看，氢脆有以下表现：氢对金属材料的屈服强度和极限强度影响不大，但使延伸率是断面收缩率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值显著降低．在低于断裂强度拉伸应力的持续作用下，材料经过一段时期后会突然脆断．氢脆的机理学术界还有争议，但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因：1. 在金属凝固的过程中，溶入其中的氢没能及时释放出来，向金属中缺陷附近扩散，到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集，从而产生巨大的内压力，使金属发生裂纹．2. 在石油工业的加氢裂解炉里，工作温度为300-500度，氢气压力高达几十个到上百个大气压力，这时氢可渗入钢中与碳发生化学反应生成甲烷．甲烷气泡可在钢中夹杂物或晶界等场所成核，长大，并产生高压导致钢材损伤．3. 在应力作用下，固溶在金属中的氢也可能引起氢脆．金属中的原子是按一定的规则周期性地排列起来的，称为晶格．氢原子一般处于金属原子之间的空隙中，晶格中发生原子错排的局部地方称为位错，氢原子易于聚集在位错附近．金属材料所外力作用时，材料内部的应力分布是不均匀的，在材料外形迅速过渡区域或在材料内部缺陷和微裂纹处会发生应力集中．在应力梯度作用下氢原子在晶格内扩散或跟随位错运动向应力集中区域．由于氢和金属原子之间的交互作用使金属原子间的结合力变弱，这样在高氢区会萌生出裂纹并扩展，导致了脆断．另外，由于氢在应力集中区富集促进了该区域塑性变形，从而产生裂纹并扩展．还有，在晶体中存在着很多的微裂纹，氢向裂纹聚集时有吸附在裂纹表面，使表面能降低，因此裂纹容易扩展．4. 某些金属与氢有较大的亲和力，过饱和氢与这种金属原子易结合生成氢化物，或在外力作用下应力集中区聚集的高浓度的氢与该种金属原子结合生成氢化物．氢化物是一种脆性相组织，在外力作用下往往成为断裂源，从而导致脆性断裂．氢脆给人类利用金属带来了风险，因此研究氢脆的目的主要在于防止氢脆，由于氢脆的原因很多，而且人类的认识也不够透彻完整，所以现在还无法完全防止氢脆．目前防止氢脆的措施有以下几种：1. 避免过量氢带入--在金属的冶炼过程中降低相对湿度，对各种添加剂和钢锭模进行烘烤保持干燥．2. 去氢处理--减缓钢锭冷却速度使氢有足够的时间逸出，或把钢材放在真空炉中退火除氢．3. 钢中添加适当的合金元素，形成弥散分布的第二相，做为氢的不可逆陷阱，使得材料中的可活动氢的含量相对地减少，从而降低材料的氢脆倾向．4. 发展新的抗氢钢种，氢在体心立方晶体结构中的扩散速度比六角密堆结构或面心立方结构中的扩散速度高得多，所以抗氢钢常以具有面心立方结构的相为基，再加其他强化措施，可使其满足使用强度要求．5. 采用适当的防护措施--在酸洗或电镀时在酸液或电解液中添加缓蚀剂，使溶液中产生的大量氢原子在金属表面相互结合成氢分子直接从溶液中逸出，避免氢原子进入金属内部．此外，在构件外涂敷防腐层或在工作介质中施加保护电位，可避免构件与介质反应生成氢．一般在使用氧炔焰时产生氢脆的可能性比较小。
氢脆理论分析
HIC 的类型1、 氢气压力引起的开裂溶解在材料中的H 在某些缺陷部位析出气态氢H 2（或与氢有关的其它气体），当H 2的压力大于材料的屈服强度时产生局部塑性变形，当H 2的压力大于原子间结合力时就会产生局部开裂。
某些钢材在表面酸洗后能看到象头发丝一样的裂纹，在断口上则观察到银白色椭圆形斑点，称为白点。
白点的形成是氢气压力造成的。
钢的化学成分和组织结构对白点形成有很大影响，奥氏体钢对白点不敏感；合金结构钢和合金工具钢中容易形成白点。
钢中存在内应力时会加剧白点倾向。
焊接件冷却后有时也能观察到氢致裂纹。
焊接是局部冶炼过程，潮湿的焊条及大气中的水分会促进氢进入焊接熔池，随后冷却时可能在焊肉中析出气态氢，导致微裂纹。
焊接前烘烤焊条就是为了防止氢致裂纹。
2、氢化物脆化许多金属（如Ti 、Zr 、Hf 、V 、Nb 、Ta 、稀土等）能够形成稳定的氢化物。
氢化物属于一种脆性相，金属中析出较多的氢化物会导致韧性降低，引起脆化。
3、氢致滞后断裂材料受到载荷作用时，原子氢H 向拉应力高的部位扩散形成H 富集区。
当H 的富集达到临界值时就引起氢致裂纹形核和扩展，导致断裂。
由于H 的扩散需要一定的时间，加载 后要经过一定的时间才断裂，所以称为氢致滞后断裂。
氢致滞后断裂的外应力低于正常的抗拉强度，裂纹试件中外加应力场强度因子也小于断裂韧度。
氢致滞后断裂是可逆的，除去材料中的氢就不会发生滞后断裂。
即使在均匀的单向外加应力下，材料中的夹杂和第二相等结构不均匀处也会产生应力集中，导致氢的富集。
设应力集中系数为α，则σh =ασ，应力集中处的氢浓度为：式中，C H －合金中的平均氢浓度；V H －氢在该合金中的偏摩尔体积（恒温、恒压下加入 1 摩尔氢所引起的金属体积的变化）。
若氢的浓度达到临界值C th 时断裂，对应的外应力即为氢致滞后断裂的门槛应力σth ，即：•若σth 裂；• 若σ＞σth ，经过时间 t f 后，发生断裂，且应力越大，滞后断裂时间越短。
圆柱螺旋弹簧氢脆断裂失效分析
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｆ ｃｕ ｅ ｂ ｈ ｖ ｏ ｆｃ ｌ ｍｎ ｓ ｉａ ｓ ｒ ｇ ｓ ｒ ｃ ｏ ｒ ｓ ａ ｃ ｈ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｉｒｏ ｏｕ ｐ ｒｌ ｐ ｎ ．Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｓｔ ａ ｈ ｅ ｓｌ ｔ ｓ ｒ ｕ ｈ ｎ ａ ｉ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉ ａｅ ｈ ｔ ｅｔ ｎ ｉ ｓ ｅ ｓｂ ｏ ｇ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｒｎ ｙ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｙ ｒ ｇ ｎ ａ ｏ ｌ ｒ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｌｙ ｒｂ ｉ ｋｉ ｇ ａ ｅｍａ ｎ ｃ ｕ ｅ ｏ ｅａ ａ ｔ ｒ ｆ ｐ ｇ ｂ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅｈ ｄ ｏ ｅ ｔ ｍｓｆ ｔ ｅ ｕ ｆ ｃ ａ ｅ ｙ ｐ ｃ ｌ ｒ ｉ ａ ｓ ｓｆｒｄ ｌｙ ｆ ｃ ｕ ｅｏ ｉ ｉｅ ｎ ｒ ｓ ｒ ｇ，ｗ ｉｈ ｉ ｉ ｄ ｏ ｐ ｃ ｌｈ ｄ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｃｕ ｅ ｔ ａ ｖ ｉ ｙ ｒｇ ｎ ｂ ｔ ｅｆａ ｔｒ ａ ｉｇ ｐ ａ ｅ ｅｆｃ ｉｅｙ ｔ ｐｉ ｎ ｈ ｃ ｓ ａ ｋ ｎ ｆｔ ｉ ａ ｙ ｒｇ ｎ ｂ ｔ ｅ ｆ ｔ ｒ ．Ｉ ｃ ｎ ａ ｏ ｄ ｈ ｄ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｃｕ ｅ ｔ ｋｎ ｌｃ ｆ ｔ ｌ ｏ ｙ ｉ ｌ ａ ｉ ｌ ｅ ｖ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｓ ｅｓｒ ｓ ｅ ｅ ｏ ｐ ｎ ｕ ａ ｅ ｌｙ ｒ ｎ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｒ ｃ ｓ ，ｔ ｏ ｔ ｌ ｒａ ｏ ｄ ｈ ｄ ｏ ｅ ｔｍｓｉ ｉ ｕ ｔｎ ｅ ｏ ｔ ｎ ｉ ｔ ｓ ｌｖ ｌ ｆｓ ｒ ｇ ｓ ｒ ｃ ｅ ｎ ｆｃｕ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｃ ｎ ｒ ｖ ｉ ｙ ｒ ｇ ｎ ａｏ ｎ ｃｒ ｍｓａ ｃ ｏ ｔ ｌ ｅ ｉ ｆ ａ ｉ ｏｏ ｃ ｔ ｉ ｕ ｅ ａ ｄ ｆ ｔｒ ｎ ｏ ｃ ａ ｇ ａ ｖ ｎ ｚｎ ｆ ｒｈ ｄ ｏ ｅ ｅ ｖｎ ｎ ｏ ｈ ｄ ｏ ｅ ｅ ｖｎ ｔｒｇ ｖ ｎ ｚｎ ． ｏ ｄｆ ｓ ｎ ｉ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｈ ｎ ｅ ｇ ａ ｉ ｇ ａｔ ｙ ｒｇ ｎ ｒ ｍｏ ｉｇ ｉｔ ｙ ｒｇ ｎ ｒｍｏ ｉｇ ａ ｅ ａ ａ ｉｉ ｇ ｆ ｌ ｌ ｉ ｅ ｆ ｌ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｃ ｌ ｍｎ ｓ ｉ ｌ ｓ ｒｎ ；ｒ ｍａ ｎ ｔ ｓ ；ａ ｉ ｏ ｒ ｓｖ ｄ ｕ ；ｓ ｒ ｃ ｒ ａｍｅ ｔ ｙ ｒ ｇ ｎ ｂ ｔ ｅ ｆａ ｔ ｒ ； ｙ ｒｓ ｏｕ ｐ ｒ ｐ ｇ ｅ ｉ ｓ ｓｒ ｓ ｃｄ ｃ ｒｏ ｉｅ ｍｅ ｉ ｍ ａ ｉ ｅ ｕ ａ ｅ ｔ ｔ ｎ ；ｈ ｄ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｃｕ ｅ ｆ ｅ ｉ ｌ
氢脆的机理、检测与防护
氢脆的机理、检测与防护The mechanism of hydrogen embrittlement, detection andprotection材科0803 刘笑语摘要：本文介绍了氢脆的基本概念，氢脆现象的机理以及避免和消除氢脆的措施和其中应该注意的问题。
同时本文还介绍了氢脆和应力腐蚀的区别。
关键词：氢脆 机理 检测 防护措施1.前言氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。
氢脆只可防，不可治。
氢脆一经产生，就消除不了。
在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。
因此内氢脆是可逆的。
2.氢脆的类型及特征2.1 氢在金属中的存在形式氢脆断裂（氢脆）：由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。
1、氢的来源可分为内含的和外来的两种。
前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程（如焊接、酸洗、电镀等）中吸收的氢；后者是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
2、氢在金属中的存在形式①以间隙原子状态固溶在金属中，对大多数工业合金，氢的溶解度随温度的降低而降低。
②氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷（如空洞、气泡、裂纹）处，以氢分子状态存在。
③还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成氢化物。
④与金属中的第二相作用生成气体产物，如钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷等。
2.2 氢脆类型及其特征1、氢蚀是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
如碳钢在300～500℃的高压氢气氛中工作时，由于氢与钢中的碳化物作用生成高压的CH4气泡，当气泡在晶界上达到一定密度后，金属的塑性将大幅降低。
这种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相接触的部位。
电镀氢脆的原理与控制
100μｍ，成本低。
电镀氢脆的原理与控制
避免和消除的措施
3 镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患
若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大,镀前应
进行回火处理,减少发生严重渗氢的隐患。对电镀过程中渗氢 较多的零件原则上应尽快去氢,因为镀层中的氢和表层基体金 属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量随时间的延长而增加。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,以使氢脆 的影响降低到最低限度。
电镀氢脆的原理与控制
氢脆现象
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。
电镀氢脆的原理与控制
避免和消除的措施
2 采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层
一般认为,在电镀Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ
时,渗入钢件的氢容易残留下来,而Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、 Ａｕ、Ｗ等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。 在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂 层,如机械镀锌可以,不会发生氢脆,耐蚀性高,附着力好,厚5～
电镀氢脆的原理与控制
电镀氢脆的原理与控制
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
10氢脆的原理是什么
十、氢脆的原理是什么?氢脆是一种氢元素进入金属基体，导致材料的力学性能降低从而在未达到许用条件情况下即发生失效断裂的现象。
氢脆常表现为冲击韧性降低和应力作用下金属材料的延迟断裂，往往因其不可预测性从而造成安全问题和经济损失。
金属材料中的氢来源分为内源氢和外源氢。
内源氢主要来源于金属冶炼过程，在冶炼过程中进入的水在高温状况下分解以及废钢表面附着的铁锈，都可引入内源氢。
外源氢一般来源于H、HS等气体与金属交互作用中产生的氢原子，由于氢原子尺寸很小，当其吸附在大多数金属表面时，在浓度差的驱动力下会扩散进金属基体。
氢原子渗人材料内部品格中，可在金属内部扩散，并聚集于金属内部的空穴、位错、第二相粒子和夹杂物等缺陷周围。
金属内部的氢可在一些缺陷处重新结合成H分子，并在金属内部形成强大的氢气压，造成金属内部裂纹的形成。
另外，氢也会聚集在裂纹尖端的塑性区，使裂纹扩展的阻力大大降低。
一般来说，钢强度越高，位错、空穴、第二相等缺陷数量就越多，越容易受到氢脆的响。
氢脆发生的机理主要包括高压氢气理论、晶格脆性理论、位钱理论等多种理论。
氢脆可能会导致一些突发性的事故，造成经济财产损失，危及生命安全，是氢能产业实现安全生产重要的隐患之一。
在氢能产业中，储氢容器、输氢管道、氢压缩机、接触氢气的管件等均可能产生氢脆现象，从而造成危险。
尤其是高压钢制容器、高压长输管道及相关管件一般选择高强度钢，而钢强度越高，越容易发生氢脆风险，对容器和管道的寿命影响越大。
氢脆只能预防，氢一旦进入金属材料内部，造成材料的性能损伤不可避免。
避免氢脆发生的一种办法是采用不易发生氢脆的材料，比如采用塑料作为储氢容器内胆，采用不易产生氢脆的低强度钢材作为低压输氢管道的材料。
采用阻氢涂层或者进行材料组织改良也是防止氢脆的技术手段。
核工业中，已通过阻氢涂层作为氢扩散进基体的屏障，来防止零件因氢脆失效。
在石油行业里，一般通过热处理等工艺制备X系列管线钢等氢脆敏感低的钢材。
弹簧表面处理的三种方法
弹簧表面处理的三种方法弹簧的腐蚀按反应类型可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
它们都是弹簧表面金属原子或电子涨落变化的结果。
如果弹簧表面的金属只与周围的介质发生化学反应，则由弹簧引起的腐蚀称为化学腐蚀。
例如，弹簧在特别干燥的气氛中氧化形成氧化膜，而非电解质液体中的弹簧与液体或液体中的杂质等化学变化，这是化学腐蚀。
如果弹簧与电解液接触，由微电池作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。
例如，弹簧与酸性或盐溶液接触。
这些溶液是电解质。
由于弹簧表面存在缺陷或杂质，形成不同电位差的电极，使弹簧不断受到电解腐蚀。
大气中的水蒸气在弹簧表面凝结成水膜或水滴，大气中的腐蚀性气体（如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾）溶解在水膜或水中，在珠中形成电解质。
此外，弹簧金属中的杂质或缺陷也会形成不同电位差的电极，弹簧也会产生电解腐蚀。
这些都是电化学腐蚀。
弹簧的化学腐蚀小而缓慢，而电化学腐蚀占主导地位且广泛存在。
一般说来，化学腐蚀和电化学腐蚀共存。
弹簧在制造、储存和使用过程中经常受到周围介质的腐蚀。
由于弹簧受弹簧力作用，弹簧受腐蚀后，弹簧力会发生变化，失去作用。
因此，防止弹簧的腐蚀，可以保证弹簧工作的稳定性，延长弹簧的使用寿命。
弹簧防腐方法一般采用保护层，根据保护层的性质可分为：金属保护层、化学保护层、非金属保护层和临时保护层。
这里重点介绍前三种方法。
不锈钢弹簧和铜丝弹簧具有一定的防腐能力，一般不进行防腐处理。
首先，弹簧的化学保护层采用化学反应法在弹簧表面形成致密的保护膜，防止弹簧腐蚀。
通常采用氧化处理和磷化处理。
氧化处理和磷化处理成本低，生产效率高。
一般来说，弹簧制造商使用氧化处理作为防腐处理。
（1）氧化处理钢的氧化处理也称为蓝色、黑色或煮沸。
氧化处理后，在弹簧表面形成保护磁性氧化铁。
氧化膜通常为蓝色或黑色，有时为深褐色。
其颜色取决于弹簧的表面状态、弹簧材料的化学成分和氧化处理过程。
氧化处理方法有：盐氧化法、无碱氧化法和电解氧化法。
关于弹簧等弹性制品电镀除氢处理的要求
南通昌荣机电制造公司
NANTONG CHANGRONG JIDIANZHIZAOGONGSI
技术2010（01）号
关于弹簧等弹性制品电镀除氢处理的要求
引言：
钢铁零件镀锌过程中，除锌的电沉积外，往往伴随有氢离子还原析氢的副反应。
氢还原一部分变成气体逸出，还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去，造成晶格歪扭，零件内应力增加，镀层和基体变脆，人们称之为氢脆。
氢脆对材料的力学性能危害很大，如不除去，会影响零件的寿命，甚至造成机器的破坏事故。
因此某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。
弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。
除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。
除氢效果与除氢温度、保温时间有关。
温度高，时间长除氢越彻底。
但加热温度不能太高，超过250℃锌结晶组织变形、发脆，耐蚀性明显下降。
一般用l90℃～230℃，2h～3h。
渗碳件和锡焊件除氢温度是140℃～l60℃，保温3h。
要求：
本厂弹簧等弹性制造品在外协电镀过程中必须经过除氢处理。
除氢温度是150℃～180℃，保温3h-24 h，且在电镀后1-3小时内进行。
控制：
QC在受入检查时必须取得外协方如实制程的作业记录
A组织对供应商检查评审和对生产能力的确认。
起案：杨华2010.02.06
批准：杨根山2010.02.06
主送：生产计划，供应商管理，采购，QA部，QC部
发送：外协方（二级供应商由一级供应商负责复件发送，责任只考核一级供应商）
抄报：厂部，财务
存档：技术。
金属氢脆原因及去氢脆方法
金属氢脆原因及去氢脆方法集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）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,其中最主要的是氢脆。
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氢脆的技术,以使氢脆的影响降低到最低限度。
一、氢脆1氢脆现象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 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。
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,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。
弹簧垫圈和平垫圈的区别【一文搞懂】
弹簧垫圈可以起到防松的，加大预紧力的功能，而平垫圈没有这项功能，它可以用来增大紧固接触面积，防止螺栓与工件的摩擦，保护连接件的表面防止螺栓螺母拧紧时划伤工件表面。
但有些重要的连接，如主要依靠压紧产生摩擦力传递动力的地方，是不能使用弹簧垫的，用了降低连接刚性，反容易出事。
可以不用弹簧垫圈。
当被连接件的强度较低时采用平垫或法兰螺栓以增加接触面积，在有震动、脉冲、介质的温度有比较大的波动时，一定要使用弹簧垫。
扩展资料：开口胀圈及氢脆断裂原因：1、弹簧垫圈发生胀圈现象，一般不是弹簧垫圈本身的问题；2、发生胀圈的弹簧垫圈必然受到一个径向外张力，外张力源于拧紧力矩产生的加紧轴力；3、螺母支承面的外倒角使轴向夹紧力产生了径向分力，从而使得弹簧垫圈的开口胀大。
倒角直径越小，发生胀圈的可能性就越大；4、在螺母和弹簧垫圈之间加一个平垫圈有助于减缓或者阻止胀圈现象的发生，但是平垫圈太薄或者太软也不能防止发生胀圈；5、弹簧垫圈氢脆断裂原因一般都是有热处理工艺不合理还有就是电镀锌后没有及时做去氢处理才导致的断裂；大量的试验和长期的实践经验证实了上述分析。
简介：弹簧垫圈在螺丝行业，常叫为弹垫。
它的材质有不锈钢的和碳钢的，碳钢的也就是铁的。
一般常用的弹簧垫圈规格尺寸有M3,M4,M5,M6,M8,M10.M12,M14,M16.这些规格比较常用。
弹簧垫圈国家标准GB/T 94.1-87，标准规定了规格为2-48mm的标准型弹簧垫圈。
引用标准GB94.4-85《弹性垫圈技术条件弹簧垫圈》。
弹簧垫片与平垫功能作用区别：1、防松功能的区别：弹簧垫片有放松功能，平垫没有。
2、作用不同：平垫的作用是加大紧固接触面积，弹簧垫片的作用是用在带有震动的地方，防松。
3、使用的地方不同：由于螺栓等紧固件的材料与工艺限制，其支撑面不大，因此需要减小承压面的压应力保护被连接件的表面，此时必须使用平垫。
在电机与机座连接的螺栓上，如果不加弹簧垫片，电机振动会使螺母会松动，因此在带有震动装备的紧固件上，必须装弹簧垫片。
弹簧的氢脆断裂特征与原因分析
（ ４）表 面 质量 。弹 簧 表 面 酸 洗 、镀 锌 前 存在
余的 以 及原 子 间 的相 互 作用 ） 又重 新分 布 ，同 时 ， 划 伤 、腐 蚀麻 点 、 微 裂 等 会 促 进 氢 脆 的 产生 。 因 可 能 产生 位 错 、织 构 甚 至 包 括 微 裂 等 缺 陷 ， 引起 为 缺 口根 部 、微 裂 纹 尖 端 等 为 应 力 集 中 区 域 ，是 氢再 次 向这 些 部 位 扩 散 集 中 ，使 氢 由原 子 变 为分 氢积 聚 部 位 ，在 酸 洗 、镀 锌 过 程 急 剧 渗 氢 ，局 部 子 ，即 Ｈ＋ Ｈ’ ｅ— Ｈ ｆ。此 时在 氢聚集 的部位 产生脆 性 ，甚 至 引发裂纹 。 由于 弹簧 强度 较 高 ，在 ＋ 会 产生 巨 大 的 体 积 膨 胀 效 应 ， 因此 导 致 氢 脆 。 由 外 力 的 作 用 下 会 产 生 很 大 的 内应 力 ， 因 而 裂 纹 较 于 完 成上 述 过 程 需 要 一 定 的 时 间 ，所 以 ，氢 脆 断 容 易扩 展 ，致 使 整 个 截 面 断 裂 。
氢 气压 力 假 设 、位 错 假 设 、氢 吸 附假 设 及 晶格 脆
化 假 设 等 ，至 今 无 一 种 完整 的理 论 ， 尚需 通 过 大 量 的 实 践 来 完 善 。 随着 国 防事 业 的 飞速 发 展 ，弹 簧 的 应 用 越 来 越 多 ，氢 脆 失 效 案 例在 弹簧 加 工 或 使 用 中时 有 发 生 。 本 文借 助 火 箭 弹 尾翼 弹 簧 的 氢 脆断 裂 案 例 浅 析 弹簧 氢 脆 断 裂 的 特 征 ，并 简 要 分 析 其 产 生 的 原 因及 影 响 因素 。
（ ）氢 含量 。对一 般钢 来 说 ，含 氢量 在 （ ② 断 裂 区 有 亮 灰 色 结 晶颗 粒 或 细 亮 线条 ，断 裂 晶 １ ５～
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1氢脆现象nvLdgu4P>_
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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。_z%_~ m2SP
三、应注意的问题sG__NHA( ;
材料强度越大,其氢脆敏感性也越大,这是表面处理技术人员在编制电镀工艺规范时必须明确的基本概念。国际标准要求抗拉强度σｂ>105ｋｇ/ｍｍ2的钢材,要进行相应的镀前去应力和镀后去氢处理。法国航空工业对屈服强度σｓ>90ｋｇ/ｍｍ2的钢件就要求作相应去氢处理。mAW(j_@5sp
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除了钢材硬度外,还应综合考虑以下几点：)>Z @')Uk:
(1)零件的使用安全系数:安全重要性大的零件,应加强去氢;(2)零件的几何形状:带有容易产生应力集中的缺口,小Ｒ等的零件应加强去氢;(3)零件的截面积:细小的弹簧钢丝、较薄的片簧极易被氢饱和,应加强去氢;(4)零件的渗氢程度:在表面处理中产生氢多、处理时间长的零件,应加强去氢;(5)镀层种类:如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散,所以要加强去氢;(6)零件使用中的受力性质:当零件受到高的张应力时应加强去氢,只受压应力时不会产生氢脆;(7)零件的表面加工状态:对冷弯、拉伸、冷扎弯形、淬火、焊接等内部残留应力大的零件,不仅镀后要加强去氢,而且镀前要去应力;(8)零件的历史情况:对过去生产中发生过氢脆的零件应特别加以注意,并作好相关记录。"W4|_}plnu
先了解它的定义:
弹簧的旋绕比C是
C=D/d，式中，D为弹簧的平均直径，d为弹簧丝直径。
C决定弹簧的稳定性
例如:
为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C值不能太大；但为了避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C值又不能太小。当其它条件相同时，C值愈小，弹簧内外侧的应力差愈悬殊，材料利用率也就愈低。
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,其中最主要的是氢脆。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氢脆的技术,以使氢脆的影响降低到最低限度。D_O-M0_ L
3镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患2^Im~p~ByE
若零件经淬火、焊接等工序后内部பைடு நூலகம்留应力较大,镀前应进行回火处理,减少发生严重渗氢的隐患。\h s7>5O^K
对电镀过程中渗氢较多的零件原则上应尽快去氢,因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量随时间的延长而增加。新的国际标准草案规定"最好在镀后1ｈ内,但不迟于3ｈ,进行去氢处理"。国内也有相应的标准,对电镀锌前、后的去氢处理作了规定。电镀后去氢处理工艺广泛采用加热烘烤,常用的烘烤温度为150～300°Ｃ,保温2～24ｈ。具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。去氢处理常在烘箱内进行。镀锌零件的去氢处理温度为110～220°Ｃ,温度控制的高低应根椐基体材料而定。对于弹性材料、0.5ｍｍ以下的薄壁件及机械强度要求较高的钢铁零件,镀锌后必须进行去氢处理。为了防止"镉脆",镀镉零件的去氢处理温度不能太高,通常为180～200°Ｃ。j x< <h _j
由于钢材强度与硬度有很好的对应关系,因此,用材料硬度来判断材料氢脆敏感比用强度来判断更为直观、方便。因为一份完善的产品图和机加工工艺都应标注钢材硬度。在电镀中我们发现钢的硬度在ＨＲＣ38左右时开始呈现氢脆断裂的危险。对高于ＨＲＣ43的零件,镀后应考虑去氢处理。硬度为ＨＲＣ60左右时,在表面处理之后必须立即进行去氢处理,否则在几小时之内钢件会开裂。a _ [+id__
2氢脆机理C@_t,oD_U#
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。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,氢脆通常表现为延迟断裂。Bsg^[~jWJu
2采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层_1i.3_P$F
一般认为,在电镀Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ时,渗入钢件的氢容易残留下来,而Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂层,如机械镀锌可以,不会发生氢脆,耐蚀性高,附着力好,厚5～100μｍ，成本低。.{?_; #Cdn
二、避免和消除的措施pCo___3%(_
.1减少金属中渗氢的数量RFFbS{__U*
在除锈和氧化皮时,尽量采用吹砂除锈,若采用酸洗,需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂;在除油时,采用化学除油、清洗剂或溶剂除油,渗氢量较少,若采用电化学除油,先阴极后阳极;在电镀时,碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。+e*C_`uP_!
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。常温下氢的扩散速度相当缓慢,所以需要即时加热去氢。温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不破坏镀层本身的性能。GYb&'#F~t_