随着重工业的发展，高强度紧固件的应用范围越来越广泛，高强度紧固件不仅能有效减少装配位置，还能减轻生产主体的整体重量，有着不可取代的地位，但高强度紧固件产生氢脆是不容忽视的重要问题，氢脆断裂具有不可预估性与延迟性，因此对高强度紧固件进行检验评估，是减少氢脆风险影响的方法之一。

一、氢脆的特征及开裂原理

1、氢脆的特征及分类

由于氢脆断裂的延迟性和隐蔽性，事先难以通过常规检查发现螺栓是否会发生氢脆断裂，所以其危害性比较大。氢脆主要可以分为两类，一类是材料在进行加工前内部已经存在开裂，经过加工后受到外力影响而加速开裂，常见的第一类氢脆有氢腐蚀、氢鼓泡等，此类氢脆的产生是不可逆的，无法通过去除氢来修复材料。第二类氢脆是在进行加工前并不存在开裂现象，但加工后受到外力的作用下而逐渐形成裂纹，此类氢脆一般具有可逆性，可以通过除氢来修复材料。

氢脆是指溶于钢中的氢聚合产生应力，导致钢内部形成裂纹的延时断裂现象，具有应力腐蚀特征，在室温下敏感性最高，且敏感性随着应变速率的增加而降低，氢脆裂纹的产生一般产生在金属内部，呈不连续性。

2、氢脆的开裂原理

氢脆的开裂主要是由于氢进入金属内部引发的腐蚀性断裂，最典型的氢脆断裂理论有弱键理论、氢降低表面理论、氢压理论、氢促变形理论等，在螺栓中，氢通过扩散汇聚到螺栓的冶金缺陷处，如气孔、夹杂、微裂纹等，并结合成氢分子，对于不同的材料及检测手段，可以用不同的开裂原理进行解释。

二、高强度紧固件氢脆检测方法

氢脆具有极大的危害性，对氢脆风险进行检测评估，能够有效预防及避免氢脆带来的危害，氢脆的检测方法主要分为两类，一类是测定金属中氢的含量，判断氢脆风险；另一类是运用力学进行检测，如平行面支撑法、弯曲试验、应力持久法等。

1、氢含量测试法

此类方法主要是测定金属中氢的含量，通过控制生产过程中的氢含量来控制氢脆的产生，一般有物理检测法、电化学检测法、气泡法以及惰性气体熔融热导池检测法等。

(1) 物理检测法：使用仪器对金属内氢进行探测，检测依据国内外发布的通用标准进行判定。

(2) 电化学法：通过仪器测定氢在电解质溶液中阳极中电流情况，来判定氢脆风险。

(3) 气泡法：将装有凡士林的烧杯进行加热，沸腾后维持5~6 min以完全去除水分，再将金属零件置于其中，若在10 s内有起泡出现，则证明零件含有氢，但无法确定氢的含量。

(4) 惰性气体熔融热导池检测法：一个小型的、一次使用的石墨坩埚中的金属试验在一个流动的载气气氛中被熔化。试样中出现的氢以氢气分子的形式进入流动的气流中。氢气从其它分解出的气体（如一氧化碳）中分离出来，并最终在热导池检测器中测得其含量。

(5) 应力持久法：基于氢脆的基本原理，存在氢脆倾向的高强度钢及其制品，在小于正常拉断力的持续作用下，会发生氢脆断裂。

2、力学检测法

(1) 平行面支撑法：试验应在相适应的夹具上进行，试验夹具的硬度应该大于 45 HRC，取螺栓或螺钉按照图1~4所示进行装夹，紧固件承受的应力应在其屈服点以内或者在破坏扭矩范围内，将试验配件夹好后保持载荷不变持续48小时，并进行检测，每隔一天扭动夹具回到初始应力处，并检测金属配件是否受到破坏。

(2) 缺口圆棒拉伸试验：缺口圆棒拉伸试验是最常用的判断方法，是指对试样缺口进行75%拉伸后保持200小时后无断裂则无氢脆风险，若无断裂则不断加重载荷，直至90%的最小抗拉强度。氢脆风险随着慢应变速率增加而减小。

(3) 弯曲试验：对不同试样设置不同弯曲角度，不同材料在不同角度时氢脆敏感性也不同，一般来说，角度越小则敏感性越高。

(4) 逐级加力法：此种方法是测定临界值的方法，通过降低加力的速率来增加裂纹的产生，以此来判定氢脆产生的临界值。

(5) 应力持久法：此方法是对试样施加持续一定时间的应力，是氢脆检测的传统方法。

三、氢脆检测流程及设备

1、氢脆试样准备

进行氢脆试验前，要准备好进行试验的螺栓或螺钉，且保证所有螺栓或螺钉是出自同一制造厂使用相同材料制造的，进行实验前，将螺栓或螺钉处于常温下保存，减少外界环境对试验的影响，将螺栓或螺钉浸入酸性液体中进行渗氢处理。

2、氢脆的检测

螺栓、螺钉氢脆的检测一般使用平行支撑面法、应力持久法进行测定。将螺栓或螺钉置入试验夹具中，不同形态的螺栓或螺钉要使用不同的夹具装夹，高强度紧固件承受应力应该在其屈服点以内或破坏扭矩的范围内。保持施加的应力48小时以上，每间隔24小时，可以将试验夹具调回初始应力，观察是否产生氢脆，通过应力-时间图来判定氢脆的临界值。

3、氢脆的风险评估

对存在氢脆风险的高强度紧固件，采用慢应变拉伸检测其拉伸强度，分析断裂的情况。对氢脆的风险评估可以使用应力持久结合金相法评估法、疲劳试验评估法。当氢含量增加到一定量时，慢应变拉伸对配件的拉伸强度、断裂尺寸等会产生较明显的影响。进行评估时要控制好拉伸速率，并对断口进行特征分析，使用慢应变拉伸可以快速判断氢脆是否存在风险。

4、常用检测设备

进行氢脆检测，一般可以使用电子显微镜、高频疲劳试验机、应力持久试验机、定氢仪，电子显微镜能够直接观察到高强度紧固件的表面结构及组织架构，高频疲劳试验机可以绘制变化曲线，以确定氢脆发生的临界值，应力持久试验机可以通过改变应力来改变测试条件，定氢仪可以测量紧固件或材料中的氢含量，以此来进行氢脆风险的测定。

四、结语

本文通过分析氢脆产生的原理及断裂的原理， 总结了氢脆检测的常用方法，但使用这些方法进行检测并不能有效降低氢脆的发生率，因此，应当将多种方法结合起来进行检测。针对不同应用场所及不同材料的高强度紧固件，应使用不同的检验方法进行判断。

进行检测前，要做好试样准备，选取相同材料的试样，并妥善保存以备试验，进行试验时，首先要确定紧固件氢脆的临界值，随后进行检测评估。综合检测氢脆的方法，可知氢脆发生需要两个必要的条件，一是材料中含有一定的氢；二是材料受到一定的应力，两者兼备时，才会形成氢脆。

采用满应变拉伸或者应力持久结合金相分析，能够更好的评估氢脆风险，减少氢脆的检出时间。氢脆受到多种因素的影响，除去两个必要条件，在实际检测中，还需要考虑环境、温度及高强度紧固件置入试验夹具的方向、速度等，此外高强度紧固件的加工方法等也存在一定影响，因此，在实际检测中要考虑多种因素，观察各个因素影响结果曲线进行综合分析。

高强度紧固件氢脆风险检测能够有效减少氢脆的影响，但并不能完全消除影响，因此，了解氢脆断裂的机理，掌握氢脆断裂的规律，可以采取避免、消除氢脆的措施进行预防，常见的预防措施有减少金属中渗氢数量、镀低氢溶解度的涂层、去应力及除氢等。此外可以使用酸洗、涂油、磷化、表面镀锌等处理除氢，综合使用预防、除氢、检测手段来减少氢脆的影响。

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