隨著重工業(yè)的發(fā)展，高強(qiáng)度緊固件的應(yīng)用范圍越來越廣泛，高強(qiáng)度緊固件不僅能有效減少裝配位置，還能減輕生產(chǎn)主體的整體重量，有著不可取代的地位，但高強(qiáng)度緊固件產(chǎn)生氫脆是不容忽視的重要問題，氫脆斷裂具有不可預(yù)估性與延遲性，因此對高強(qiáng)度緊固件進(jìn)行檢驗評估，是減少氫脆風(fēng)險影響的方法之一。  

氫脆的特征及開裂原理

1 氫脆的特征及分類

由于氫脆斷裂的延遲性和隱蔽性，事先難以通過常規(guī)檢查發(fā)現(xiàn)螺栓是否會發(fā)生氫脆斷裂，所以其危害性比較大。氫脆主要可以分為兩類，一類是材料在進(jìn)行加工前內(nèi)部已經(jīng)存在開裂，經(jīng)過加工后受到外力影響而加速開裂，常見的第一類氫脆有氫腐蝕、氫鼓泡等，此類氫脆的產(chǎn)生是不可逆的，無法通過去除氫來修復(fù)材料。第二類氫脆是在進(jìn)行加工前并不存在開裂現(xiàn)象，但加工后受到外力的作用下而逐漸形成裂紋，此類氫脆一般具有可逆性，可以通過除氫來修復(fù)材料。

氫脆是指溶于鋼中的氫聚合產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致鋼內(nèi)部形成裂紋的延時斷裂現(xiàn)象，具有應(yīng)力腐蝕特征，在室溫下敏感性最高，且敏感性隨著應(yīng)變速率的增加而降低，氫脆裂紋的產(chǎn)生一般產(chǎn)生在金屬內(nèi)部，呈不連續(xù)性。 

2 氫脆的開裂原理

氫脆的開裂主要是由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部引發(fā)的腐蝕性斷裂，最典型的氫脆斷裂理論有弱鍵理論、氫降低表面理論、氫壓理論、氫促變形理論等，在螺栓中，氫通過擴(kuò)散匯聚到螺栓的冶金缺陷處，如氣孔、夾雜、微裂紋等，并結(jié)合成氫分子，對于不同的材料及檢測手段，可以用不同的開裂原理進(jìn)行解釋。 

高強(qiáng)度緊固件氫脆檢測方法 

氫脆具有極大的危害性，對氫脆風(fēng)險進(jìn)行檢測評估，能夠有效預(yù)防及避免氫脆帶來的危害，氫脆的檢測方法主要分為兩類，一類是測定金屬中氫的含量，判斷氫脆風(fēng)險；另一類是運(yùn)用力學(xué)進(jìn)行檢測，如平行面支撐法、彎曲試驗、應(yīng)力持久法等。

1 氫含量測試法

此類方法主要是測定金屬中氫的含量，通過控制生產(chǎn)過程中的氫含量來控制氫脆的產(chǎn)生，一般有物理檢測法、電化學(xué)檢測法、氣泡法以及惰性氣體熔融熱導(dǎo)池檢測法等。 

(1) 物理檢測法：使用儀器對金屬內(nèi)氫進(jìn)行探測，檢測依據(jù)國內(nèi)外發(fā)布的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。 

(2) 電化學(xué)法：通過儀器測定氫在電解質(zhì)溶液中陽極中電流情況，來判定氫脆風(fēng)險。 

(3) 氣泡法：將裝有凡士林的燒杯進(jìn)行加熱，沸騰后維持5~6 min以完全去除水分，再將金屬零件置于其中，若在10 s內(nèi)有起泡出現(xiàn)，則證明零件含有氫，但無法確定氫的含量。 

(4) 惰性氣體熔融熱導(dǎo)池檢測法：一個小型的、一次使用的石墨坩堝中的金屬試驗在一個流動的載氣氣氛中被熔化。試樣中出現(xiàn)的氫以氫氣分子的形式進(jìn)入流動的氣流中。氫氣從其它分解出的氣體（如一氧化碳）中分離出來，并最終在熱導(dǎo)池檢測器中測得其含量。 

(5) 應(yīng)力持久法：基于氫脆的基本原理，存在氫脆傾向的高強(qiáng)度鋼及其制品，在小于正常拉斷力的持續(xù)作用下，會發(fā)生氫脆斷裂。

2 力學(xué)檢測法

(1) 平行面支撐法：試驗應(yīng)在相適應(yīng)的夾具上進(jìn)行，試驗夾具的硬度應(yīng)該大于 45 HRC，取螺栓或螺釘按照圖1~4所示進(jìn)行裝夾，緊固件承受的應(yīng)力應(yīng)在其屈服點以內(nèi)或者在破壞扭矩范圍內(nèi)，將試驗配件夾好后保持載荷不變持續(xù)48小時，并進(jìn)行檢測，每隔一天扭動夾具回到初始應(yīng)力處，并檢測金屬配件是否受到破壞。

(2) 缺口圓棒拉伸試驗：缺口圓棒拉伸試驗是最常用的判斷方法，是指對試樣缺口進(jìn)行75%拉伸后保持200小時后無斷裂則無氫脆風(fēng)險，若無斷裂則不斷加重載荷，直至90%的最小抗拉強(qiáng)度。氫脆風(fēng)險隨著慢應(yīng)變速率增加而減小。

(3) 彎曲試驗：對不同試樣設(shè)置不同彎曲角度，不同材料在不同角度時氫脆敏感性也不同，一般來說，角度越小則敏感性越高。 

(4) 逐級加力法：此種方法是測定臨界值的方法，通過降低加力的速率來增加裂紋的產(chǎn)生，以此來判定氫脆產(chǎn)生的臨界值。 

(5) 應(yīng)力持久法：此方法是對試樣施加持續(xù)一定時間的應(yīng)力，是氫脆檢測的傳統(tǒng)方法。

氫脆檢測流程及設(shè)備

1 氫脆試樣準(zhǔn)備

進(jìn)行氫脆試驗前，要準(zhǔn)備好進(jìn)行試驗的螺栓或螺釘，且保證所有螺栓或螺釘是出自同一制造廠使用相同材料制造的，進(jìn)行實驗前，將螺栓或螺釘處于常溫下保存，減少外界環(huán)境對試驗的影響，將螺栓或螺釘浸入酸性液體中進(jìn)行滲氫處理。 

2 氫脆的檢測

螺栓、螺釘氫脆的檢測一般使用平行支撐面法、應(yīng)力持久法進(jìn)行測定。將螺栓或螺釘置入試驗夾具中，不同形態(tài)的螺栓或螺釘要使用不同的夾具裝夾，高強(qiáng)度緊固件承受應(yīng)力應(yīng)該在其屈服點以內(nèi)或破壞扭矩的范圍內(nèi)。保持施加的應(yīng)力48小時以上，每間隔24小時，可以將試驗夾具調(diào)回初始應(yīng)力，觀察是否產(chǎn)生氫脆，通過應(yīng)力-時間圖來判定氫脆的臨界值。 

3 氫脆的風(fēng)險評估

對存在氫脆風(fēng)險的高強(qiáng)度緊固件，采用慢應(yīng)變拉伸檢測其拉伸強(qiáng)度，分析斷裂的情況。對氫脆的風(fēng)險評估可以使用應(yīng)力持久結(jié)合金相法評估法、疲勞試驗評估法。當(dāng)氫含量增加到一定量時，慢應(yīng)變拉伸對配件的拉伸強(qiáng)度、斷裂尺寸等會產(chǎn)生較明顯的影響。進(jìn)行評估時要控制好拉伸速率，并對斷口進(jìn)行特征分析，使用慢應(yīng)變拉伸可以快速判斷氫脆是否存在風(fēng)險。 

4 常用檢測設(shè)備

進(jìn)行氫脆檢測，一般可以使用電子顯微鏡、高頻疲勞試驗機(jī)、應(yīng)力持久試驗機(jī)、定氫儀，電子顯微鏡能夠直接觀察到高強(qiáng)度緊固件的表面結(jié)構(gòu)及組織架構(gòu)，高頻疲勞試驗機(jī)可以繪制變化曲線，以確定氫脆發(fā)生的臨界值，應(yīng)力持久試驗機(jī)可以通過改變應(yīng)力來改變測試條件，定氫儀可以測量緊固件或材料中的氫含量，以此來進(jìn)行氫脆風(fēng)險的測定。

結(jié)語

本文通過分析氫脆產(chǎn)生的原理及斷裂的原理， 總結(jié)了氫脆檢測的常用方法，但使用這些方法進(jìn)行檢測并不能有效降低氫脆的發(fā)生率，因此，應(yīng)當(dāng)將多種方法結(jié)合起來進(jìn)行檢測。針對不同應(yīng)用場所及不同材料的高強(qiáng)度緊固件，應(yīng)使用不同的檢驗方法進(jìn)行判斷。

進(jìn)行檢測前，要做好試樣準(zhǔn)備，選取相同材料的試樣，并妥善保存以備試驗，進(jìn)行試驗時，首先要確定緊固件氫脆的臨界值，隨后進(jìn)行檢測評估。綜合檢測氫脆的方法，可知氫脆發(fā)生需要兩個必要的條件，一是材料中含有一定的氫；二是材料受到一定的應(yīng)力，兩者兼?zhèn)鋾r，才會形成氫脆。 

采用滿應(yīng)變拉伸或者應(yīng)力持久結(jié)合金相分析，能夠更好的評估氫脆風(fēng)險，減少氫脆的檢出時間。氫脆受到多種因素的影響，除去兩個必要條件，在實際檢測中，還需要考慮環(huán)境、溫度及高強(qiáng)度緊固件置入試驗夾具的方向、速度等，此外高強(qiáng)度緊固件的加工方法等也存在一定影響，因此，在實際檢測中要考慮多種因素，觀察各個因素影響結(jié)果曲線進(jìn)行綜合分析。

高強(qiáng)度緊固件氫脆風(fēng)險檢測能夠有效減少氫脆的影響，但并不能完全消除影響，因此，了解氫脆斷裂的機(jī)理，掌握氫脆斷裂的規(guī)律，可以采取避免、消除氫脆的措施進(jìn)行預(yù)防，常見的預(yù)防措施有減少金屬中滲氫數(shù)量、鍍低氫溶解度的涂層、去應(yīng)力及除氫等。此外可以使用酸洗、涂油、磷化、表面鍍鋅等處理除氫，綜合使用預(yù)防、除氫、檢測手段來減少氫脆的影響。