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。
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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。
E、热处理或冷作硬化的硬度超过365HV的紧固件，应采用大阴极功率电镀溶液电镀工艺。
F、钢制紧固件为了进行电镀，表面应经特殊处理，即经最小浸入时间清洗后再进行电镀。
G、选择合适的镀层厚度，因为，镀层厚度的增加，增加了氢释放的难度；
H、以下紧固件产品电镀后必须进行去处氢脆处理：
①、性能等级大于或等于10.9级的螺栓、螺钉和螺柱；
②、硬度大于或等于372HV的弹性垫圈或弹性垫圈组合件；
③、性能等级大于或等于12级的螺母；
④、自攻螺钉、自攻自钻螺钉、自攻锁紧螺钉等表面淬硬类紧固件；
⑤、抗拉强度大于或等于1000Mpa或硬度大于或等于365HV金属弹性夹等紧固件。
4、去除氢脆的措施
去除氢脆的措施实际上就是烘干过程，可以说是为了使氢脆减少到最小，在给定的温度下和规定的时间内，将零件加热的过程。
电镀后烘干过程就是将钢中的氢蒸发和不可逆收集而释放氢原子的过程，在标准附录A中给出了烘干过程的详细资料。
根据零件的产品品种、几何形状、材料、性能等级或硬度、清洗工艺、镀层种类及电镀工艺的不同，制定的烘干工艺也不同。
去除氢脆时应注意以下几点：
A、不应采用超过零件回火的温度进行烘干；
B、烘干过程应最好在电镀后（最好在一小时内），铬酸盐钝化处理前立即进行；
C、烘干温度在200℃---230℃是合理的，一般采用较低的烘干温度和较长的烘干时间；
D、烘干持续时间在2h—24h内选取，一般8h.是烘干持续时间的典型示例。