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螺栓(de)氢脆断裂

氢脆断裂(de)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(de)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(de)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(de)高强度普通螺纹螺钉和

表面硬度较高(de)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(de)

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(de)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(de)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(de)根部开始,沿着螺纹旋转(de)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(de)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(de)穿晶断裂,通常沿一定(de)严

格(de)晶面分离,同时伴随一定(de)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(de)氢含量也是判定是否为氢脆断裂(de)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(de)螺钉或电镀处理前(de)螺

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钉是否有显着增加.碳钢材料允许(de)氢含量尚无严格(de)标准,但氢对碳钢材料

会造成损害是确定无疑(de),含氢量(de)多寡仅表现为对碳钢材料损伤程度(de)

差别.

螺钉(de)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(de)研究热点,但至今还是没有统一(de)认知.比

较有名(de)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(de)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(de)氢在基体形变过程中形成某种气团.当基体形

变速度比较低,且温度又不是太低(de)情况下,这气团将伴随位错而运动,它距位

错有一定距离,但与位错运动速度又相适应,从而对位错起钉锚作用,使位错不能

自由运动,因此产生局部(de)加工硬化.在外力作用下,当位错运动到晶界或其他

障碍物时,必然会产生位错在该处(de)堆积和氢在该处(de)富集,如果外力足够大,

则在位错堆积(de)端部产生应力集中,最后导致基体开裂.

造成螺钉氢脆断裂(de)主要因素有基体材料(de)氢脆敏感性、螺钉(de)表面

状况、螺钉冷加工和热处理后(de)残余内应力、制造过程中侵入螺钉基体材料(de)

氢、环境温度、螺钉组装后承受(de)外加载荷等等.

碳钢材料(de)氢脆敏感性与其强度息息相关,强度越高氢脆敏感性越高.强度

与碳钢(de)含碳量和显微组织有关.实验和事实证明,珠光体组织、铁素体组织(de)

氢脆敏感性远低于马氏体组织,网状分布(de)高碳马氏体组织(de)氢脆敏感性最

高.电子产品常用(de)普通螺纹螺钉不需要热处理,强度等级较低,其材料显微组

织中大部分都是铁素体或珠光体组织,氢脆敏感性较低,一般不存在氢脆断裂问题；

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高性能普通螺纹螺钉或自攻螺纹螺钉必须热处理,其材料显微组织大部分为马氏

体组织或高碳马氏体组织,氢脆敏感性较高