铰制孔螺栓厂

紧固件加工时预防氢脆问题的注意事项

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。氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。其主要原理是将钢铁基体中一些易于渗入氢原子的位置形容为“陷阱”，这些位置包括钢铁结构中的晶界、位错中心、非金属夹杂物及碳化物等与钢铁原子之间形成的固-固界面，还有应力中心等。当活动氢原子进入这些“陷阱”，即被束缚而成为非活跃氢原子。氢原子在陷阱位置的聚集将使材料的断裂应力下降，应力集中部位将形成裂纹，裂纹逐渐扩展直至断裂发生，此即为氢脆引起的延迟断裂现象。氢脆一般发生在零件受到静态载荷的条件下，紧固件在安装后可能在数小时或此后更长的时间内出现断裂。而零件承受动态高应变载荷时，例如在进行拉伸试验时，载荷在短时间内迅速增加较后达到零件拉力载荷极限而发生断裂，则不易发生氢脆。因此判断氢脆不宜采取拉伸试验的方法，具体方法将在后文阐述。
按陷阱的深度不同，陷阱可分为可逆和不可逆两种，这取决于陷阱束缚能的强弱。当陷阱束缚能较弱，即陷阱比较浅，氢原子可轻易摆脱陷阱的束缚重新成为活跃氢原子，这种陷阱称为可逆陷阱，也可称为引力陷阱，这种陷阱的束缚能主要来自电场、应力场、温度梯度或非典型的化学势，这些束缚能不是零件自身存在的，一般是外界环境对零件的影响，当外界环境变化束缚能消失，氢原子可能会逃逸出陷阱。当氢原子在基体内扩散时，可逆陷阱实际上既是氢原子的巢穴，也可转变为释放氢原子的来源。
不可逆陷阱的束缚能较强，陷阱比较深，氢原子一旦进入其中就很难再逃逸出来，例如大角度晶界、夹杂物或碳化物与钢铁原子之间形成的固-固界面、孔穴等等位置，这种陷阱是物理性的，也可称为物理陷阱，它只能成为氢原子的巢穴。
一、过热现象 我们知道热处理过程中加热过热较易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。
1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。
2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。
3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。
二、过烧现象 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。
三、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。
为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）
四、氢脆现象 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。