环境介质作用下的失效分析

1、 氢致破断失效的分析和判断氢致破断失效的分析和判断l氢脆的类型及特点氢脆的类型及特点l氢的来源氢的来源l氢的检测氢的检测l氢在金属中存在的形式与作用氢在金属中存在的形式与作用l氢脆的断口特征氢脆的断口特征l金属零件氢脆断裂失效性质判别金属零件氢脆断裂失效性质判别l氢脆与应力腐蚀断裂的比较氢脆与应力腐蚀断裂的比较l导致氢脆发生的关键因素导致氢脆发生的关键因素l氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析 氢致破断失效的分析和判断氢致破断失效的分析和判断定义：由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属定义：由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致零件在低于材料屈服极限的静

2、应力持续作用下导致的失效称为氢致破断失效，俗称氢脆。的失效称为氢致破断失效，俗称氢脆。氢脆的类型及特点氢脆的类型及特点l根据氢的来源可分为内部氢脆和环境氢脆；根据氢的来源可分为内部氢脆和环境氢脆；l根据应变速度与氢脆敏感性的关系可分为第根据应变速度与氢脆敏感性的关系可分为第一类氢脆和第二氢脆；一类氢脆和第二氢脆；l根据经过低速度变形，去除载荷，静止一段根据经过低速度变形，去除载荷，静止一段时间再进行高速变形时其塑性能否恢复，又时间再进行高速变形时其塑性能否恢复，又可分为可逆性氢脆和不可逆性氢脆。可分为可逆性氢脆和不可逆性氢脆。 氢脆的类型及特点氢脆的类型及特点1、第一类氢脆第一类氢脆1)这种氢

3、脆裂纹都是由于金属内部氢含量过这种氢脆裂纹都是由于金属内部氢含量过高所造成的。高所造成的。2)在材料承受载荷之前金属内部已经存在某在材料承受载荷之前金属内部已经存在某些断裂源，在应力作用下加快了这些裂纹的些断裂源，在应力作用下加快了这些裂纹的扩展。扩展。3)属于不可逆氢脆，当裂纹已经形成，再除属于不可逆氢脆，当裂纹已经形成，再除氢也无济于事。氢也无济于事。氢蚀、氢分子气泡及氢化物氢脆均属于此类。氢蚀、氢分子气泡及氢化物氢脆均属于此类。氢脆的类型及特点氢脆的类型及特点2、第二类氢脆第二类氢脆1)变形速度对氢脆影响很大，变形速度增加，变形速度对氢脆影响很大，变形速度增加，金属的氢脆敏感性下降，变形

4、速度降低，金属金属的氢脆敏感性下降，变形速度降低，金属的氢脆敏感性增加。的氢脆敏感性增加。2)氢脆裂纹源的萌生与应力有关。裂纹源的生氢脆裂纹源的萌生与应力有关。裂纹源的生成是应力和氢交互作用下逐步形成，加载之前成是应力和氢交互作用下逐步形成，加载之前并不存在裂纹源。并不存在裂纹源。3)其中有些氢脆是可逆的，有些是不可逆的。其中有些氢脆是可逆的，有些是不可逆的。 氢的来源氢的来源金属材料在加工、制造过程中，以及在使用环境下金属材料在加工、制造过程中，以及在使用环境下很容易受到氢的浸入。氢原子具有最小的原子半径，很容易受到氢的浸入。氢原子具有最小的原子半径，所以易于进入金属，随后在静应力作用下，向

5、应力所以易于进入金属，随后在静应力作用下，向应力高的部位扩散聚集，由原子变为分子，此时在氢聚高的部位扩散聚集，由原子变为分子，此时在氢聚集的部位会产生巨大的体积效应，导致氢脆。集的部位会产生巨大的体积效应，导致氢脆。 氢的来源氢的来源氢进入金属的方式主要有三种：氢进入金属的方式主要有三种：在冶炼、焊接及热处理过程中进入的氢：由于氢在金属材在冶炼、焊接及热处理过程中进入的氢：由于氢在金属材料中的溶解度随着温度而变化，当温度降低或组织转变，料中的溶解度随着温度而变化，当温度降低或组织转变，氢的溶解度由大变小时，氢便从固溶体中析出，而由于凝氢的溶解度由大变小时，氢便从固溶体中析出，而由于凝固或冷却速

6、度较快，跑不出去，就残留在金属材料基体内。固或冷却速度较快，跑不出去，就残留在金属材料基体内。在电镀、酸洗及放氢型腐蚀环境中产生的氢：这类氢通常在电镀、酸洗及放氢型腐蚀环境中产生的氢：这类氢通常在化学或电化学处理中进入。这种过程最突出的就是电镀、在化学或电化学处理中进入。这种过程最突出的就是电镀、酸洗及腐蚀。酸洗及腐蚀。在使用环境下氢的渗入：金属材料处于在高温的氢气氛中，在使用环境下氢的渗入：金属材料处于在高温的氢气氛中，以致氢进入金属促进氢脆。特别是当温度高于以致氢进入金属促进氢脆。特别是当温度高于400oC。氢的来源氢的来源注意零件修理去镀层后再电镀过程中的氢注意零件修理去镀层后再电镀过程

7、中的氢酸洗去镀层酸洗去镀层- （除氢）（除氢）-电镀电镀-除氢除氢正常生产过程：酸洗正常生产过程：酸洗（时间很短，实质是活化）（时间很短，实质是活化）-电镀电镀-除氢除氢二者二者“酸洗酸洗”存在本质的区别存在本质的区别氢的来源氢的来源v不是马上除氢了吗？不是马上除氢了吗？v电镀后一般只能除电镀过程中的氢电镀后一般只能除电镀过程中的氢,为什么？为什么？1.温度低；温度低；2.镀层为一层非晶态；氢的扩散速率非常低镀层为一层非晶态；氢的扩散速率非常低 氢的来源氢的来源H/cm210-2g-1-Fe-Fe-FeL5102530600100014001600氢在铁中的溶解度氢的检测氢的检测v不能简单的用

8、氢含量来进行是否发生氢脆的不能简单的用氢含量来进行是否发生氢脆的判据：判据：1.不同材料对氢的敏感度不同；如钛合金，容不同材料对氢的敏感度不同；如钛合金，容许的氢含量很高，而某些状态的高强钢，甚许的氢含量很高，而某些状态的高强钢，甚至在低于至在低于1ppm下发生典型的氢脆。常规合下发生典型的氢脆。常规合金钢，一般在金钢，一般在5ppm下不会发生氢脆。下不会发生氢脆。2.材料强度对氢敏感性起决定性作用，如弹簧材料强度对氢敏感性起决定性作用，如弹簧、铆钉、细的螺钉等，实际强度远高于材料、铆钉、细的螺钉等，实际强度远高于材料手册上的强度值。手册上的强度值。氢的检测氢的检测3.氢含量的检测只适合检测材

9、料基体的氢含量：氢含量的检测只适合检测材料基体的氢含量：（1）一般采用）一般采用 3 3的试棒，可知由于表面处理导的试棒，可知由于表面处理导致的氢是无法准确测定的；致的氢是无法准确测定的；（2 2）现有如能谱分析、电子探针等微观分析手）现有如能谱分析、电子探针等微观分析手段，均不适合于氢元素；段，均不适合于氢元素；（3 3）表面氢的溢出。）表面氢的溢出。氢的检测氢的检测v主要用试验方法检测氢脆敏感性主要用试验方法检测氢脆敏感性:HB氢脆试验方法氢脆试验方法GB/T3098.17-2000紧固件机械性能检查氢紧固件机械性能检查氢脆用预载荷试验平行支撑面法脆用预载荷试验平行支撑面法GJB715.1

10、2-90紧固件试验方法应力持久紧固件试验方法应力持久性性 氢在金属中存在的形式与作用氢在金属中存在的形式与作用l氢并不能以分子状态渗入金属材料中，气相氢并不能以分子状态渗入金属材料中，气相的氢渗入钢中只能通过部分或全部地在钢表面的氢渗入钢中只能通过部分或全部地在钢表面上分解或电离后进入。上分解或电离后进入。l阴极反应过程中生成的是氢原子，而不是氢阴极反应过程中生成的是氢原子，而不是氢分子。由于氢原子具有高度的化学活泼性，它分子。由于氢原子具有高度的化学活泼性，它首选吸附在金属表面上，然后有一部分氢原子首选吸附在金属表面上，然后有一部分氢原子脱附而生成氢分子，另一部分氢原子扩散渗入脱附而生成氢分

11、子，另一部分氢原子扩散渗入金属内部被吸收。金属内部被吸收。 氢在金属中存在的形式与作用氢在金属中存在的形式与作用l氢进入金属之后，部分氢可能解离成离子和氢进入金属之后，部分氢可能解离成离子和电子，这种氢离子被电子所束缚，活动能力降电子，这种氢离子被电子所束缚，活动能力降低。而以原子存在的氢则并不被静电所吸引，低。而以原子存在的氢则并不被静电所吸引，它们在浓度梯度下扩散而占据晶体点阵中的空它们在浓度梯度下扩散而占据晶体点阵中的空隙、结点、空穴等缺陷处。在高强钢中，这种隙、结点、空穴等缺陷处。在高强钢中，这种呈原子态的氢是产生氢脆的主要作用者。呈原子态的氢是产生氢脆的主要作用者。 氢在金属中存在的

12、形式与作用氢在金属中存在的形式与作用l以分子态存在的氢活动能力较差，多存在于金属的缺陷以分子态存在的氢活动能力较差，多存在于金属的缺陷处，不易从金属中逸出。处，不易从金属中逸出。l氢还可以氢化物的形式存在于金属材料的晶界处，使晶氢还可以氢化物的形式存在于金属材料的晶界处，使晶界脆化。因此，氢在金属中以离子态存在时相对比较稳定，界脆化。因此，氢在金属中以离子态存在时相对比较稳定，其它存在方式都会在金属中产生氢分布的局部化，位借、其它存在方式都会在金属中产生氢分布的局部化，位借、晶界、沉淀相及夹杂与基体的界面、气孔等缺陷处均是氢晶界、沉淀相及夹杂与基体的界面、气孔等缺陷处均是氢易于聚集的地方。制品

13、根部、微裂纹尖端处等应力集中的易于聚集的地方。制品根部、微裂纹尖端处等应力集中的区域，氢与局部应力场交互作用，在此处形成氢的局部高区域，氢与局部应力场交互作用，在此处形成氢的局部高浓度偏聚。浓度偏聚。l有关氢脆断裂的机制分别有氢气压力假设、位错假设、有关氢脆断裂的机制分别有氢气压力假设、位错假设、氢吸附假设和晶格脆化假设等。氢吸附假设和晶格脆化假设等。l金属氢脆的断口宏观形貌特征金属氢脆的断口宏观形貌特征氢脆不是一种独立的断裂机制，氢的加入只是有助氢脆不是一种独立的断裂机制，氢的加入只是有助于某种断裂机制，如解理断裂或沿晶断裂的作用。于某种断裂机制，如解理断裂或沿晶断裂的作用。其断裂的方式可能

14、是沿晶的，也可能是穿晶的，或其断裂的方式可能是沿晶的，也可能是穿晶的，或是两者的混合。是两者的混合。氢脆断口宏观形貌主要特征是：断口附近无宏观塑氢脆断口宏观形貌主要特征是：断口附近无宏观塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，色泽为亮灰色，断面干净，无腐蚀产物。颗粒状，色泽为亮灰色，断面干净，无腐蚀产物。非氢脆断裂区呈暗灰色纤维状，并伴有剪切唇边。非氢脆断裂区呈暗灰色纤维状，并伴有剪切唇边。 氢脆的断口特征氢脆的断口特征l金属氢脆的断口宏观形貌特征金属氢脆的断口宏观形貌特征高强度钢氢脆断裂新鲜断口宏观形貌，往往在灰色高强度钢氢脆断裂新鲜

15、断口宏观形貌，往往在灰色的基体上显示出银白色的亮区；在大截面锻件的断的基体上显示出银白色的亮区；在大截面锻件的断口上可观察到白点；在小型零件或丝材断口边沿上口上可观察到白点；在小型零件或丝材断口边沿上可观察到白色亮环。放大观察时可看到细小的裂纹可观察到白色亮环。放大观察时可看到细小的裂纹(即发裂即发裂)。氢脆断裂源可在表面，也可在次表层，与拉伸应力氢脆断裂源可在表面，也可在次表层，与拉伸应力水平、加载速率及缺口半径、氢浓度的分布等因素水平、加载速率及缺口半径、氢浓度的分布等因素有关。但大多在零件表皮下三向应力最大处。只有有关。但大多在零件表皮下三向应力最大处。只有当表面存在尖角或截面突变等应力

16、集中时，氢脆断当表面存在尖角或截面突变等应力集中时，氢脆断裂源才有可能产生于表面。裂源才有可能产生于表面。氢脆的断口特征氢脆的断口特征l金属氢脆的断口宏观形貌特征金属氢脆的断口宏观形貌特征在氢脆断裂宏观断口上，粗大棱线收敛方向即氢脆在氢脆断裂宏观断口上，粗大棱线收敛方向即氢脆裂缝萌生区。裂缝萌生区。氢脆断裂源大多在零件表皮下与氢在表面容易逸出氢脆断裂源大多在零件表皮下与氢在表面容易逸出及表面为二维应力有关，氢脆断裂对三向应力非常及表面为二维应力有关，氢脆断裂对三向应力非常敏感。敏感。氢脆的断口特征氢脆的断口特征l金属氢脆断口微观形貌金属氢脆断口微观形貌金属氢脆断口微观形貌一般显示沿晶分离，也可

17、能金属氢脆断口微观形貌一般显示沿晶分离，也可能是穿晶的、沿晶分离系沿晶界发生的沿晶脆性断裂，是穿晶的、沿晶分离系沿晶界发生的沿晶脆性断裂，呈冰糖块状。断口的晶面平坦，没有附着物，有时呈冰糖块状。断口的晶面平坦，没有附着物，有时可见白亮的、不规则的细亮条，这种线条可见白亮的、不规则的细亮条，这种线条 是晶界最是晶界最后断裂位置的反映，并存在大量的鸡爪形的撕裂棱。后断裂位置的反映，并存在大量的鸡爪形的撕裂棱。 氢脆的断口特征氢脆的断口特征 金属零件氢脆断裂失效性质判别金属零件氢脆断裂失效性质判别判断依据：判断依据：宏观断口表面洁净，无腐蚀产物，断口平齐，有放射花样。宏观断口表面洁净，无腐蚀产物，断

18、口平齐，有放射花样。氢脆裂区呈结晶颗粒状亮灰色；氢脆裂区呈结晶颗粒状亮灰色；显微裂缝呈断续而曲折的锯齿状，裂纹一般不分叉；显微裂缝呈断续而曲折的锯齿状，裂纹一般不分叉；微观断口沿晶分离，晶粒轮廊鲜明，晶界面上伴有变形线微观断口沿晶分离，晶粒轮廊鲜明，晶界面上伴有变形线(发纹线或鸡爪痕发纹线或鸡爪痕)，二次裂纹较少，撕裂棱或韧窝较多；，二次裂纹较少，撕裂棱或韧窝较多；失效部位应力集中严重，氢脆断裂源位于表面；应力集中失效部位应力集中严重，氢脆断裂源位于表面；应力集中小，氢脆断裂源位于次表面；小，氢脆断裂源位于次表面；失效件存在工作应力主要是静拉应力，特别是三向静拉应失效件存在工作应力主要是静拉应

19、力，特别是三向静拉应力；力； 金属零件氢脆断裂失效性质判别金属零件氢脆断裂失效性质判别氢脆断鲜明的临界应力极限随着材料强度的升高而急氢脆断鲜明的临界应力极限随着材料强度的升高而急剧下降；一般硬度低于剧下降；一般硬度低于HRC=22时不发生氢脆断裂而时不发生氢脆断裂而产生鼓泡。产生鼓泡。一般钢中的含氢量在一般钢中的含氢量在(510)10-6以上时就会产生氢致以上时就会产生氢致裂纹，但对高强钢，即使钢中含氢量在裂纹，但对高强钢，即使钢中含氢量在1 10-6以下，以下，由于应力的作用，处在点阵间隙中的氢原子会通过扩由于应力的作用，处在点阵间隙中的氢原子会通过扩散集中于缺口所产生的应力集中处，氢原子与

20、位错的散集中于缺口所产生的应力集中处，氢原子与位错的交互作用，使位错线被钉扎住，不能再自由活动，从交互作用，使位错线被钉扎住，不能再自由活动，从而使基体变脆。而使基体变脆。 氢脆与应力腐蚀断裂的比较氢脆与应力腐蚀断裂的比较l 氢脆与应力腐蚀断裂是很难分开的，尤其是高强度氢脆与应力腐蚀断裂是很难分开的，尤其是高强度钢及某些高强度铝合金、钛合金，要严格区分则更钢及某些高强度铝合金、钛合金，要严格区分则更加困难。加困难。断口形貌特征上的区别：断口形貌特征上的区别：应力腐蚀断裂起源于表面，而氢脆起源于亚表面；应力腐蚀断裂起源于表面，而氢脆起源于亚表面；应力腐蚀断裂沿晶区有较多、较深的二次裂缝或蚀应力腐

21、蚀断裂沿晶区有较多、较深的二次裂缝或蚀坑；而氢脆没有或很少；坑；而氢脆没有或很少； 氢脆与应力腐蚀断裂的比较氢脆与应力腐蚀断裂的比较应力腐蚀断裂的晶粒界面常有蚀坑、腐蚀沟痕，晶粒轮应力腐蚀断裂的晶粒界面常有蚀坑、腐蚀沟痕，晶粒轮廓外形亦显得圆滑；而氢脆的晶界面上常有变形线廓外形亦显得圆滑；而氢脆的晶界面上常有变形线(发纹发纹线或鸡爪痕线或鸡爪痕)，晶粒轮廓鲜明；，晶粒轮廓鲜明； 应力腐蚀断裂区没有宏观放射花样，也无韧窝花样，而应力腐蚀断裂区没有宏观放射花样，也无韧窝花样，而氢脆断裂区常伴有撕裂韧窝，并有宏观放射花样；氢脆断裂区常伴有撕裂韧窝，并有宏观放射花样；应力腐蚀裂源区及其附近常有腐蚀产物

22、，多有泥纹花样；应力腐蚀裂源区及其附近常有腐蚀产物，多有泥纹花样；而氢脆断裂则不应有。而氢脆断裂则不应有。 裂纹特征的区别：应力腐蚀裂纹易分叉，因而常呈多条裂纹特征的区别：应力腐蚀裂纹易分叉，因而常呈多条裂纹或是树枝状；而氢脆裂纹几乎不分叉。裂纹或是树枝状；而氢脆裂纹几乎不分叉。导致氢脆发生的关键因素导致氢脆发生的关键因素1、强度：如强度：如30CrMnSiNi2A,1570100MPa,100MPa,如如果处于果处于1570MPa 1570MPa 以下，以下，5ppm5ppm的氢一般不会导的氢一般不会导致氢脆，但处于强度上限时，非常低的氢就致氢脆，但处于强度上限时，非常低的氢就会发生氢脆。这

23、样的案例非常多，也不难理会发生氢脆。这样的案例非常多，也不难理解同样的材料在用作弹簧、螺栓以及铆钉等解同样的材料在用作弹簧、螺栓以及铆钉等时容易发生氢脆，主要是实际强度远远高于时容易发生氢脆，主要是实际强度远远高于材料手册中给定的强度值。材料手册中给定的强度值。导致氢脆发生的关键因素导致氢脆发生的关键因素2、氢含量、氢含量材料基体的氢含量材料基体的氢含量 表面及亚表面的氢含量，采用合理的表面处表面及亚表面的氢含量，采用合理的表面处理工艺和除氢工艺，如前面列举的酸洗去除理工艺和除氢工艺，如前面列举的酸洗去除电镀层等电镀层等 高强度钢不要采用度锌等高强度钢不要采用度锌等导致氢脆发生的关键因素导致氢

24、脆发生的关键因素3.构件截面变化构件截面变化 构件截面的剧烈变化引起局部应力集中导致构件截面的剧烈变化引起局部应力集中导致氢脆容易在这些位置发生，在截面变化除发氢脆容易在这些位置发生，在截面变化除发生的氢脆，裂纹源往往容易出现在表面。生的氢脆，裂纹源往往容易出现在表面。导致氢脆发生的关键因素导致氢脆发生的关键因素4.残余应力残余应力 截面变化引起氢脆足以说明应力在氢脆中的重截面变化引起氢脆足以说明应力在氢脆中的重要作用。由于氢在表面的溢出容易进行，应力要作用。由于氢在表面的溢出容易进行，应力在表面理论上也为零，因此，不考虑截面的变在表面理论上也为零，因此，不考虑截面的变化，在残余应力作用下的氢

25、脆一般发生在亚表化，在残余应力作用下的氢脆一般发生在亚表面。面。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析 故障概述：某厂生产的摇臂轴在装配后放置一段时间故障概述：某厂生产的摇臂轴在装配后放置一段时间发现摇臂轴端部螺纹根部断裂。摇臂轴材料为发现摇臂轴端部螺纹根部断裂。摇臂轴材料为20CrMnTi。基本的机械加工及热处理过程为：锻造。基本的机械加工及热处理过程为：锻造粗加工粗加工渗碳渗碳+直接淬火直接淬火局部（螺纹部分）高频局部（螺纹部分）高频回火回火精磨精磨装配。装配。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析 宏观观察：无明显宏观塑性变形，断口比宏观观察：无明显宏观塑性变形，断口比较平齐，断面较粗糙，断口局

26、部存在明显较平齐，断面较粗糙，断口局部存在明显的擦伤形貌。断口上存在一明显的弧形凸的擦伤形貌。断口上存在一明显的弧形凸起台阶特征，将断口分为两部分。断口较起台阶特征，将断口分为两部分。断口较平坦，裂纹从外表面呈线性起源，源区较平坦，裂纹从外表面呈线性起源，源区较平坦，呈黑色，与扩展区相比氧化较严重。平坦，呈黑色，与扩展区相比氧化较严重。从整个断口的宏观特征来看，断裂是从两从整个断口的宏观特征来看，断裂是从两部分区域外表面同时呈线性起源，并向心部分区域外表面同时呈线性起源，并向心部扩展，最终两部分裂纹在中心附近区域部扩展，最终两部分裂纹在中心附近区域交汇，形成断口上弧形的凸起特征。交汇，形成断口

27、上弧形的凸起特征。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析微观观察微观观察 ： 源区：裂纹均是起源于零件表层以下约几十个微米的次表面，源区：裂纹均是起源于零件表层以下约几十个微米的次表面，呈线性起源特征，源区均呈典型的冰糖状沿晶断裂特征，晶呈线性起源特征，源区均呈典型的冰糖状沿晶断裂特征，晶面平坦，没有附着物，并且局部区域存在鸡爪形的撕裂棱线，面平坦，没有附着物，并且局部区域存在鸡爪形的撕裂棱线，二次裂纹较少二次裂纹较少。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析 扩展区微观形貌也均以沿晶断裂特征为主；交界区域附近断口扩展区微观形貌也均以沿晶断裂特征为主；交界区域附近断口存在少量的韧窝，并且可见二次裂纹特征

28、存在少量的韧窝，并且可见二次裂纹特征 。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析 能谱成分分析：结果表明断口表面无腐蚀性元素，断能谱成分分析：结果表明断口表面无腐蚀性元素，断口上也未发现冶金等材质缺陷。口上也未发现冶金等材质缺陷。 硬度测定：断口处硬度值在硬度测定：断口处硬度值在HRC35左右；断裂区域左右；断裂区域硬度值较高，与其组织有关硬度值较高，与其组织有关 氢含量测定氢含量测定 ：摇臂轴螺纹段的氢元素分布比较均匀，：摇臂轴螺纹段的氢元素分布比较均匀，含氢量较高含氢量较高5 ppm 化学成分分析化学成分分析 ：符合：符合GB/T3077-1999的要求的要求 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析分

29、析与讨论：分析与讨论： 摇臂轴的化学成分符合要求，硬度值也符合零件设摇臂轴的化学成分符合要求，硬度值也符合零件设计要求，且摇臂轴断裂部位未发现材质缺陷，可以计要求，且摇臂轴断裂部位未发现材质缺陷，可以判断此次摇臂轴的断裂与材质无关。判断此次摇臂轴的断裂与材质无关。 在摇臂轴断口上没有发现有腐蚀产物以及腐蚀性元素，在摇臂轴断口上没有发现有腐蚀产物以及腐蚀性元素，也可以排除是由于应力腐蚀而造成摇臂轴断裂的可也可以排除是由于应力腐蚀而造成摇臂轴断裂的可能能 。 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析l 摇臂轴断口宏观断口无明显宏观塑性变形，断口比较平齐，有摇臂轴断口宏观断口无明显宏观塑性变形，断口比较平齐

30、，有放射花样；放射花样；l 微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界面上伴有变形线（鸡微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界面上伴有变形线（鸡爪痕），二次裂纹较少，撕裂棱较多；爪痕），二次裂纹较少，撕裂棱较多；l 失效部位由于结构、装配以及加工刀痕等因素，存在应力集中，失效部位由于结构、装配以及加工刀痕等因素，存在应力集中，断裂源位于次表面；断裂源位于次表面；l 工作应力主要是静拉伸应力；工作应力主要是静拉伸应力；l 摇臂轴断裂部位硬度偏高，造成强度偏高，对氢脆的敏感性增摇臂轴断裂部位硬度偏高，造成强度偏高，对氢脆的敏感性增加；加；l 摇臂轴断口氢含量基本在摇臂轴断口氢含量基本在510-6，达到了产

31、生氢脆断裂的氢含，达到了产生氢脆断裂的氢含量范围。量范围。符合氢脆判定条件、符合氢脆判定条件、 、 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析n 发生氢脆断裂必须同时具备三个条件：一定的氢含发生氢脆断裂必须同时具备三个条件：一定的氢含量，对氢脆敏感的组织，一定的拉应力。量，对氢脆敏感的组织，一定的拉应力。 摇臂轴的氢脆断裂氢的来源于渗碳热处理过程中，摇臂轴的氢脆断裂氢的来源于渗碳热处理过程中，是由于甲醇和丙酮在高温下分解形成氢原子，且氢是由于甲醇和丙酮在高温下分解形成氢原子，且氢在金属中的溶解度随着温度而变化，当温度降低或在金属中的溶解度随着温度而变化，当温度降低或组织转变，氢的溶解度由大变小时，氢便从固溶体组织转变，氢的溶解度由大变小时，氢便从固溶体中析出，而由于冷却速度较快，就会残留在金属材中析出，而由于冷却速度较快，就会残留在金属材料基体中料基体中 氢脆典型案例分析氢脆典型案例分析通过金相组织观察可知，发生断裂的位置仍为马氏通过金相组织观察可知，发生断裂的位置仍为马氏体组织，而且其硬度和强度均较高，而随着强度的体组织，而且其硬度和强度均较高，而随着强度的升高材料对氢脆断裂的敏感性必然增大，因此，从升高材料对氢脆断裂的敏感性必然增大，因此，从这个角度说摇臂轴也具备了发生氢脆断裂的条件。这个角度说摇臂轴也具备了发生氢脆断裂的条件。 摇臂轴断裂位置正好位于