螺丝氢脆断头分析

1、螺丝氢脆断头分析什么是氢脆？ WhatWhat isis hydrogenhydrogen embrittlement?embrittlement?氢脆是 指由 于氢原子在金属组织中夹杂 而导 致金属 变脆 的现象。据个人 对螺丝产品结构及性能的了解，导致氢脆断头的原因大致有以下几种：一、结构1、螺丝头部槽型与杆部成的比例不适时，即槽深太深，杆部直径过小，头部与杆部 的连接处太簿，产生应力集中。此时会使产品出现头现象。2、头下圆角过小，即打冷镦打成直角时，也会产生应力集中，导致产品断头。二、热处理产品在热处理的过程中，因热处理的硬度过高，此时也会使产品断头。三、电镀过程在电镀后除氢不到位，也会

2、使产品产生断头。钢铁件在过程中出现氢脆的情况较多。这 主要是在进行酸洗、阴 极 除油、电镀等过程中，都有还原态氢原子生成，由于氢原子的半径 最小 ，可 以 自 由 进 入 金 属 结 晶 的 间 隙 占 据 一 定 的 晶 位 ，使 晶 格 变 形 ，带来内应力或使基体或镀层局部硬度增加，造 成脆性，这 就是常说 的氢脆。进入基体和镀层间的氢还会使镀层起泡。氢 脆 对 高 强 度 钢 和 弹 性 制 件 的 危 害 特 别 大 ，在 人 们 没 有 认 识氢 脆的危害以前，曾 经因为氢脆的实际存在而造成过许多严重的质量 事 故 ，造 成 严 重的 设 备 损 坏 和 人 员 伤 亡 事 故 。

3、因 此 在 认 识 到 氢 脆 的 严重危害性以后，防 止氢脆就成为电镀等有渗氢可能的加工工艺的 一项重要指标。为 了 防 止 氢 脆 ，在 酸 洗 液 中 要 加 入 一 些 缓 蚀 剂 ，抑 制 氢 的 析出 。 电解除油 要采用阳极电 解。电 镀 中也要采用 较大 电流密 度和 采用 电 流效率高的镀种等。同时，对于氢脆敏感的制件，在电镀完成后， 要在恒温箱中 200200 C C 去氢 2h2h ,以除去氢脆的影响。对要求很高 的产品可以进行真空除氢。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，

4、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（106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200C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。热处理不适用的情况热处理的方法是将工件加热至某一温度，保温一段时间，缓冷，使氢随溶解度逐 渐变小，逐渐析出。但加热会破坏镀层，因此热处理的方法对于经过电镀的工件并不 适用。如何防治首先，尽量缩短酸洗时间；其次加缓蚀剂，减少产氢量。压力容器的氢脆（或称）是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低， 并因此而导致

5、的开裂或延迟性的脆性破坏。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致 表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。 造成压力容器氢脆破坏的氢，可以是设备中原来就存在的，例如，炼钢、焊接过程中 的湿气在高温下被还原而生成氢，并溶解在液体金属中。或设备在电镀或酸洗时，钢 表面被吸附的氢原子过饱和，使氢渗入钢中；也可以是使用后由介质中吸收进入的， 例如在石油、化工容器中，就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。钢发生氢脆 的特征主要表现在微观组织上。它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体，氢脆层有沿着 晶界扩

6、展的腐蚀裂纹。腐蚀特别严重的容器，宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。介 质中含氢（或硫化氢）的容器是否会发生氢脆，主要决定于操作温度、氢的分压、作用 时间和钢的化学成分。温度越高、氢分压越高，碳钢的氢脆层就越深，发生氢脆破裂 的时间也越短，其中温度尤其是重要因素。钢的含碳量越高，在相同的温度和压力条 件下，氢脆的倾向越严重。钢中添有铬、钛、钒等元素，可以阻止氢脆的产生。出现氢脆的工件通过除氢处理（如加热等）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。如电镀件的去氢都在200240度的温度下，加热24小时可将绝大部分氢去除。氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀，但当温度超过300C和

7、压力高于30MPa时，会产生氢脆这种腐蚀缺陷，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的 脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置；石油化工生产过程中 的甲醇合成塔等。二：氢脆-钢材中的氢会使材料的力学性能脆化，这种现象称为氢脆。主要发 生在碳钢和低合金钢中。一种螺栓氢脆失效倾向（HES）的试验方法相信大多数紧固件制造厂商都有高强度螺栓因后氢脆失效的经验，减少和消除螺栓的氢脆一般靠严格的工艺控制，镀后还要通过对件长时间的烘烤（烘烤的时间是否足够主要取决于螺栓的机械性能级别、镀层类别厚度），使产品游离状的氢得以释放，减轻对产品的影响。由于电镀工艺中各种参数（例如酸洗浓度、电镀液、电流

8、大小、温度、时间等），都可能引起产品渗氢量的变化，而大多数生产厂家电镀后烘烤时间根据螺栓的机工性能是固定的， 虽然可以避免和减少氢脆现象的发生，但是由于各种参数的变化和不能即时测试氢的含量， 以及考虑经济性、效率的同时又不能无限制的增加烘烤时间，所以虽然经过烘烤， 却不能完全排除产品的氢脆失效的可能。电镀除氢后测试氢脆倾向试验是有必要的，为此国标上提出多种关于氢脆倾向的试验办法，我们国家标准根据ISO15330制定了GB/T3098.172000标准，提出了检查氢脆用预载荷试验平行支承面法。螺栓的氢脆倾向的测试并不是一种强制性验收项目，它只是一种对螺栓氢脆倾向的评 估，如果螺栓出现裂纹或断裂，

9、那么该产品既有可能出现氢脆失效的可能。鉴于高强度螺栓大多为重要的保安件，用户往往提出很高的要求，实际的装配条件可能出入较大，为了给用户提供可靠的产品，减少氢脆失效风险，特推荐另外一种测试方法(ASTMF606M)，供同行1.试验夹具(试验夹具见图1)；试验夹具由淬火垫片和垫板，及淬火楔型垫组成。淬火垫片：(ASTM F436M)垫片的材料可选择碳钢， 硬度HRC3845；尺寸见图2和表1:其它要求请参见ASTM F436M淬火钢垫钢圈(公制)机械专 團wjv. MechUe-t.COL曲楔型垫:试仲垫圈的规洛內径 d d mnimniD D mmmm厚度 hmmhmm1214-14,414-1

10、4,4257273.1-4.C14141(54141(542S7-302S7-30IE-18,IE-18,4 432,4-3432,4-34202M2 540.423.1.2224-45424V4242Z62Z6 5 548.4-503.4-4.62730-30.530-30.55454 卜 56563.4M.03.4M.0303333.155S.1-6034. 3153Q-3P670.1723.4-4.6v. me ciwKT.GOJIL.CTL楔型垫的材料和硬度同淬火垫片，除斜面外尺寸可参考表1.楔板垫斜度见表2试件规格杆部无螺纹丧度20rtimiqf B 4 I f |T I I L 0

11、 -.4土机3哂.in.euniWT GOJUIIGFL垫板:垫板材料采用碳钢，孔径与螺栓外径接近，但不能大于垫圈的孔径。厚度要求装配后留 三个完整螺纹在外边。2、试验方法:a.测试的试件在夹具中锁紧固至螺栓最小抗拉强度的75%。b.由螺母来测试扭紧和拆卸力矩。c.装配后要保持48小时的锁紧状态。d.拆卸时，扭力矩不得小于锁紧力矩的90%。e.拆卸后用20倍放大镜检查螺栓杆径、螺纹和头杆结合部有无裂纹产生。3、试样：试样采用随机形式，在同一生产批中任取3件。4、试验扭矩的确定：拧紧螺母时，拧紧力矩M需要克服旋合螺纹间的摩擦力矩和螺母与被联接件支承面间 的摩擦矩，并产生轴向力P0，它们的关系为：Mt=KP0d 10-3kgf. mK-锁紧力矩系数;d-螺栓的公称直径;由于螺纹、 螺母和被联接件等表面摩擦状况的不同，K值可以按有关资料推荐的公式计 算，一般值在0.10.