氫脆現(xiàn)象對螺紋緊固件強度的影響

1、氫脆現(xiàn)象對螺紋緊固件強度的影響氫脆現(xiàn)象對螺紋緊固件強度的影響高強度螺栓的強度水平一般分為8.8、9.8、10.9和12.9四個級別，通常為調(diào)質(zhì)處理的中碳鋼或中碳合金鋼。高強度螺栓聯(lián)接對節(jié)約原材料成本，節(jié)省裝配位置及減輕整車、整機重量等方面無疑具有不可替代的優(yōu)勢。但目前，由氫脆引發(fā)的鋼制螺紋緊固件聯(lián)接斷裂仍然是一個嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量問題。電鍍誘發(fā)的氫脆斷裂出現(xiàn)的時間長短不一，有的是投入使用后斷裂；有的是還在交付試驗中或在壽命試驗之中；有的是還

2、在等待交付中；有的是在裝配過程中；有的是斷裂在電鍍過程之中。人們可以采取各種技術(shù)來減少或預(yù)防螺紋緊固件中產(chǎn)生的氫脆問題。一、氫脆形成的理論與機理一、氫脆形成的理論與機理所謂氫脆，是指氫原子侵入基體材料中而引起的材料延遲失效斷裂。它的發(fā)生需要滿足兩個條件：a、金屬有較高的含氫量；b、一定的外力作用。氫脆大體上可分為以下兩類：第一類主要是由外部環(huán)境侵入的氫（外氫）引起的延遲斷裂。如車輛車廂、駕駛室外殼等連接使用的螺栓、螺母，在潮濕空氣、雨水

3、等環(huán)境中長期暴露而發(fā)生；第二類酸洗、電鍍處理的制造過程中侵入鋼中的氫（內(nèi)氫）引起的延遲斷裂。如鍍鋅螺栓等在加載后，經(jīng)過幾小時或幾天的較短時間后而發(fā)生。對于前者，一般是由于在長期暴露過程中發(fā)生腐蝕，腐蝕坑處腐蝕反應(yīng)生成的氫侵入而引起的；后者是由于制造過程如酸洗、氫原子具有最小的原子半徑（RH=0.53A），所以易于進入金屬內(nèi)部.當(dāng)在一定的應(yīng)力（包括外加的、殘余的以及原子之間的相互作用力）作用下，在局部的應(yīng)力集中處產(chǎn)生滑移和塑性變形，進而產(chǎn)

4、生微裂紋核。在已有裂紋前沿的三向應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，由于位錯的塞積而產(chǎn)生微裂紋核，這些微裂紋核如果沒有氫的進一步作用，當(dāng)裂紋繼續(xù)向內(nèi)深入擴展所需的活化能超過這種深入擴展所能引起的應(yīng)變能的降低時，這種裂紋一般是不會擴展的。但當(dāng)鋼中溶有一定氫的情況下，氫原子繼續(xù)在微裂紋中擴散、聚集，由兩個氫原子變成一個氫分子，He→H、2H→H2↑，同時體積增大，即一個氫分子的體積比兩個氫原子的和大。此時在氫聚集的部位會產(chǎn)生巨大的體積膨脹效應(yīng)，導(dǎo)致許多微裂紋相互合

5、并，并與原有裂紋連接，微裂紋繼續(xù)向前擴展，這樣不斷循環(huán)，直到剩余的有效截面小到不能支持外載荷時，即發(fā)生瞬時斷裂失效。裂紋擴展的方向?qū)Q定于內(nèi)應(yīng)力或外加應(yīng)力的方向，但使鋼件氫脆失效所需的力則主要來自氫。由于氫在金屬中擴散需要一定時間，裂紋擴展也有一定的速率，因此氫脆破斷存在著潛伏期。應(yīng)力愈大微裂紋的生核率愈大，裂紋的擴展速率也愈大，則氫脆破斷的潛伏期也愈短。當(dāng)應(yīng)力小于氫脆破斷的下限應(yīng)力時，不能造成必要的應(yīng)力集中，并推動位錯的運動和造成大量