紧固件氢脆判定标准

氢脆实验方法
一.定义: 氢脆测试是用来测试螺丝组织中是否残留氢以及螺丝是否发
生脆化。

二.步骤:
1.将电镀或披附之螺丝锁入所规定之测试铁板或钢制的平面华司中。

2.突出头型螺丝头下承面使用标准的平面华司。

3.埋头型螺丝应使用一相有配合有倒角的间隔钢片。

4.平面华司之厚度及间隔片之厚度须符合螺丝之长度。

5.半牙螺丝选用平面华司或间隔片须完全结合螺丝长度。

6.三角螺纹之螺丝锁入厚度应在直径的1.5倍的以上的铁板中（钻孔）
或螺帽中。

7.螺丝锁入之最大扭力为:以5颗螺丝之扭断力平均值的80%或规定之
扭力。

8.锁紧后维持24小时后将螺丝旋松卸下再按原来之扭力锁入，螺丝应
无明显失败现象。

9.再锁入后垂直敲击螺丝不能断裂。

紧固件氢脆测试作业指导书文件名称: 紧固件氢脆测试作业指导书文件编号: WI-055编写:审核:批准:更改履历表1、目的﹕规范紧固件氢脆测试作业方法，明确操作要领与操作注意事项。

2、定义﹕2.1氢脆的敏感性由于钢紧固件中存在游离的氢，在承受相应等级的拉应力，并（或）处于不利的服役条件下，钢紧固件表现出一种脆性破坏特性。

注: 如果氢脆敏感性增大，则说明可引起脆性破坏的游离氢的含量也明显增多。

在电镀锌工序之后，甚至经过电镀锌后的热处理（烘烤），会降低氢脆的敏感性，或者变得不敏感。

2.2 氢脆倾向如果紧固件由对氢脆敏感的钢制成，并已吸收了氢，则其破坏倾向就会增大。

注：如果在相应的工序中提供的氢达到最低程度，并（或）在镀后进行了适当的热处理（烘烤），使氢从钢中释放出来，且不再逆向地再将氢吸人钢中，则氢脆倾向会减小。

3、范围：适用于螺丝氢脆测试试验。

4、操作步聚﹕4.1测试仪器及装置4.1.1电子扭力测试器；4.1.2扭力板手或电批；4.1.3测试用带孔平面钢板:4.1.3.1厚度＞ 1d（d-螺纹公称直径）4.1.3.2机牙螺丝使用带预制专用配套螺纹孔的铁板；4.1.3.3自攻螺丝使用预制孔的铁板，孔径取螺纹外径的85%左右（参考附件1）；4.1.4垫圈或间隔片: 一般的平垫片或冷轧钢制的间隔片、弹片。

4.2测试方法及步骤4.2.1抽样每批次检查不少于5 PCS。

4.2.2根据相应的产品，找好相应的铁板和弹垫。

4.2.3M及以下的螺丝锁一个弹垫，M3以上的螺丝锁两个弹垫。

4.2.4选择相应的电批，使用电批扭矩测量器调试电批的力矩，电批的力矩为破坏扭力的90%。

文件名称紧固件氢脆测试作业指导书生效日期2021-4-14.2.5机牙螺丝：螺丝锁好后放入-20℃冰箱内，24小时后取出放置24H，检查不得有裂纹或断头情况；4.2.6自攻螺丝; 螺丝锁好后放入-20℃冰箱内24小时后取出放置24H，然后从一米以上高度垂直落入地面，再一次用65%的力矩打锁好螺丝，检查不得有裂纹或断头情况；4.2.7长螺杆或没有现成夹具的镀锌件产品检测可参考GB/T3098.17标准进行试验和判定检测结果；4.2.8具体操作如下图所示：4.2.9将测试结果记录在“实验室试验记录”中。

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。

氢脆试验判定标准氢脆是一种由于内应力能量集中或过大而导致的金属材料的脆性断裂现象。

这种现象在工业生产中具有重要的意义，因为它可能导致材料的失效和事故发生。

为了准确判定氢脆现象的出现，制定一份科学严谨的氢脆试验判定标准是十分必要的。

一、试验材料的选择进行氢脆试验时，首先需要选择合适的试验材料。

一般来说，常用的试验材料包括钢、铁、铜等金属材料。

选择试验材料时，需要考虑其应力应变特性、化学成分和微观组织等因素，以确保试验结果具有代表性。

二、试验方法的选择确定试验方法是进行氢脆试验的重要步骤之一。

庆丰氢脆试验方法是目前应用最广泛的一种方法之一。

该方法通过对材料进行腐蚀处理，使其表面产生氢气，并通过施加应力来观察材料是否发生氢脆断裂。

三、试验条件的确定在进行氢脆试验之前，还需要确定试验的环境条件和试验参数。

环境条件包括气体氛围、温度和湿度等因素。

常用的气体氛围包括干燥氢气、氮气等。

温度一般选择在室温到高温之间，具体根据试验要求和试验材料来确定。

湿度则需要根据试验要求来调整。

四、试验过程的要求在进行氢脆试验时，需要严格控制试验过程中的环境条件和试验参数。

还要采取有效的措施，防止试验过程中的干扰因素对试验结果的影响。

为了保证试验结果的准确性和可重复性，还要对试验仪器设备进行校准和验证，确保其工作状态良好。

五、试验结果的判定根据氢脆试验的结果，对材料的氢脆程度进行判定。

一般来说，氢脆程度可以通过断裂面的形貌和试验后材料的性能损失程度来评估。

氢脆断裂面呈现出很脆的特征，且材料性能出现明显下降，即可判定材料发生了氢脆现象。

六、试验结果的记录和分析对于氢脆试验的结果，需要进行详细的记录和分析。

记录试验过程中的环境条件、试验参数和试验结果等信息，并绘制曲线或表格进行分析。

还需要对试验结果进行比对和统计，以获取更全面的试验结论。

七、试验结果的应用根据氢脆试验的结果，对材料的使用和应用进行合理安排。

如果试验结果表明材料具有较高的抗氢脆能力，那么可以继续使用。

一种电镀金属紧固件，在金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层；其电镀工艺依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌工艺步骤；其氢脆的检测方法包括以下工艺步骤：将金属紧固件套入弹垫，并以金属紧固件扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。

测试时螺丝必须在冰箱里零下5℃的温度放置24小时后取出恢复至常温，再把铁板依竖立方式约一米高度自由下落，没有断头就表示氢脆合格，有断头就是氢脆不合格。

本发明电镀金属紧固件和电镀工艺具有不产生氢脆的优点；本发明的氢脆的检测方法能简单有效的检测在电镀过
程中是否产生氢脆。

钛合金紧固件的氢脆！GAF2021 全球螺丝君技术大会暨高端紧固件“智”造、应用工程博览会5月12-16日，即将开幕！立即登记免费领票氢渗入金属材料后，会导致金属损伤，使金属零件在低于材料屈服极限的应力作用下发生脆性断裂失效，这种现象就称为“氢脆”。

金属氢脆，表现形式主要有两大类：一类是延迟断裂；另一类是材料性能变坏、变脆。

合金钢氢脆的主要表现形式，是前者，而钛合金氢脆的主要表现形式，是后者。

01钛合金氢脆的机理合金钢发生氢脆断裂的机理是：当一定量的氢渗入合金钢材料后，以游离态氢原子、氢离子等形态在材料中游离，从低应力区向高应力区聚集，向材料中的气孔、夹杂、微裂纹等缺陷处聚集，互相结合形成氢分子，从而使氢的压力增大。

当压力达到一定程度后，材料的微裂纹就会扩大、延伸，以释放压力，而氢分子则以氢气的形式逸出材料。

在拉应力作用下，游离氢继续向新扩展的微裂纹聚集、增压，使其继续扩展，最后演变成更大的裂纹。

反复聚集，裂纹反复扩展、增大、延伸，最终导致材料断裂。

整个过程需要一定的时间，这就形成了所谓的“延迟断裂”。

钛合金的氢脆的机理与特点不同于合金钢，钛合金中的氢不能以分子形态渗入钛基体，而是与钛合金表面接触后，首先发生表面物理吸附和化学吸附(活性吸附)，氢分子离解出氢原子，氢原子便以极快的速度向钛合金基体内部扩散。

当吸氢量超过其最大溶解度时，扩散到钛中的氢原子就会以固溶状态或氢化物形式存在。

氢原子在钛合金中扩散后的分布并不是均匀的，而是有一定的“偏聚”。

与合金钢类似，材料的缺陷(如位错、晶界、沉淀相或夹杂物与基体相界面、气孔、微裂纹等)是氢喜欢聚集的地方，往往也是氢脆的断裂源。

02钛合金氢脆的分类第一类氢脆的典型形式就是氢化物氢脆。

含氢的α钛发生冷却或者含氢的β钛共析分解时，都会析出新的化合物氢化钛(TiH)。

氢化钛是一种稳定的脆性物质，它与基体晶粒之间的结合力相对较弱，二者的弹性、塑性差异较大，受到应力后的应变不协调，基体晶粒与氢化钛晶粒之间的界面就会产生微裂纹，这种裂纹一般沿晶间迅速扩展、扩大，最终导致材料断裂。

一般如何测试氢脆？为了研究或防止氢脆，需要对金属的氢脆情况进行测试，以获取相关信息。

测试氢脆的方法有好几种，常用的有往复弯曲试验和延迟破坏试验。

(1)往复弯曲试验往复弯曲试验对低脆性材料比较灵敏，可以用来对不同基体材料在经过相同的电镀工艺处理后的氢脆程度进行比较，也可以对相同的基体材料上的不同电镀工艺的氢脆程度进行比较。

这种试验的方法是取一个待测试片，其尺寸规格为：150mm×l3mm×l. 5mm，表面粗糙度Ra=1.6。

对试片进行热处理使之达到规定的硬度，然后用往复弯曲机让试片在一定直径的轴上以一定的速度进行缓慢的弯曲试验，直至试片断裂。

弯曲方式有90。

往复弯曲和l80。

单面弯曲两种，以前一种方式应用较多，弯曲的速度是0．6.／s。

如果是单面弯曲则所取的速度则为0．13。

／s。

评价的方法是将弯曲试验至断裂时的次数乘以角度，以获得弯曲角度的总和，其角度总值越大，氢脆越小。

测试时要注意以下几点。

①试片在进行热处理后如果有变形，应静压校平，不可以敲打校正，否则会使试片的内应力增加，影响试验结果。

②为了防止应力影响，电镀前应进行去应力，在电镀后则要进行除氢处理，这时检测的是残余氢脆的影响。

③弯曲试验时所用的轴的直径的选用很重要，因为评价这种试验结果的量化指标与轴径有关，对于小的轴径，则弯曲至断裂的次数就会少一些，具体选用什么轴径要通过对基体材料的空白试验来确定，并且在提供数据时要指明所用的轴径，否则参数没有可比性。

(2)延迟破坏试验延迟破坏试验是一种灵敏度较高的试验方法，适合用于高强度钢制品的氢脆检测。

这种氢脆测试也是在试验机上进行的，所用的试验机为持久强度试验机或蠕变试验机，检测试样在这种试验机上受到小于破坏程度的应力的作用，观测其直到断裂时的时间。

如果到规定的时间尚没有发生断裂，即为合格。

这种试验需要采用按一定要求制作的标准的测试验棒。

并且每次要使用三支同样条件的试样平行做试验，以使结果更为可信。

紧固件热处理后的氢脆现象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。

在开展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略的。

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缺陷以导致氢脆，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。

Troiano曾经给出过失效时间与氢含量及烘烤时间之间的关系。

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。