11、避免和消除（chú）氫脆的措施

(1)、減少金屬中（zhōng）滲氫的數量
必須（xū）盡量減少高強度/高硬度鋼製緊固件的酸洗，因為酸洗可加劇氫脆。在除鏽和氧化皮（pí）時，盡量采用（yòng）噴砂拋丸的方法，若洛氏硬度等於或大於HRC 32的緊固件進行酸洗時，必須在製定酸洗工藝時確保零件在酸（suān）中浸（jìn）泡（pào）的時間最長不超過10分鍾。並應盡量降低酸液的濃度，並保證零件在酸中浸泡的時間不超過10分鍾；在除（chú）油時，采（cǎi）用清（qīng）洗劑或溶劑除油等化學除油方式，滲氫量較少，若（ruò）采用電化學除油，先陰極後陽極，高強度零件不允許（xǔ）用陰極電解除油；在熱處理時，嚴格控製甲醇（chún）和（hé）丙（bǐng）烷的（de）滴注量；在電鍍時，堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。

 

(2)、采（cǎi）用（yòng）低氫擴散性和低（dī）氫（qīng）溶（róng）解度的鍍塗層。一般認為，在電鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲入鋼件的氫（qīng）容易殘留下來，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具有（yǒu）低（dī）氫擴散性和低氫（qīng）溶（róng）解度，滲氫較少。在滿足產品技術條件要求的情況下（xià），可采用不會造成滲氫的塗層（céng），如機械鍍（dù）鋅或無鉻鋅鋁塗層，不會發生氫脆，耐蝕性高，附（fù）著力好，且比電鍍環保。

 

(3)、鍍前去應（yīng）力和鍍後去氫以消除（chú）氫脆隱患
若零件經（jīng）淬（cuì）火、焊接等工（gōng）序後內部殘（cán）留應力較大，鍍前（qián）應進行回火處理，回火（huǒ）消除應力實際上（shàng）可以減少零件內的陷阱數量，從而減輕發生氫脆的隱患。

 

⑷、控製鍍層厚度
由於鍍層覆（fù）蓋在緊固件表麵，鍍層在一（yī）定程度上（shàng）會起（qǐ）到氫擴散屏障的（de）作用，這將阻（zǔ）礙氫向（xiàng）緊固件外部的擴散。當鍍層厚度超（chāo）過2.5μm時（shí），氫從緊固件中擴散出去就非常困難了。因此硬度＜32HRC的緊固（gù）件，鍍層厚度可以（yǐ）要（yào）求（qiú）在12μm；硬度≥32HRC的高強度螺栓，鍍層厚度（dù）應控製在8μmmax。這就要求（qiú）在產品設計時，必須考（kǎo）慮到高強度螺栓的氫脆風險（xiǎn），合理選擇鍍層種類和鍍層厚度。
在一般情況下，除了局部淬硬型緊固件外，硬度超過49HRC的高強度鋼製零件不允許采用電（diàn）鍍的（de）表麵處理形式。 

 

13、除氫的方法和方式

高（gāo）強度緊固件由於氫脆產生的脆性斷裂，一般發生的很（hěn）突然（rán），是無法預料的（de），故這種失效的（de）形式造成的後果是很嚴（yán）重的。尤其是（shì）在有安全性能要求時，減少氫脆的產生是很有必要（yào）的，因此（cǐ），高強（qiáng）度緊固（gù）件去除氫脆是一（yī）項很重要的（de）工作（zuò）工作。
  對於高強度緊固件除氫的方法和方式各個標準（zhǔn）或中規定（dìng）的不盡相同，但我們比較讚許硬度小於（yú）32HRC，可以不進（jìn）行除氫處理,也不需（xū）要（yào）做氫脆試驗；硬度（dù）大於或等於32HRC，並經酸洗及塗油、磷化、機（jī）械鍍鋅、電鍍鋅等（děng）表麵處（chù）理（lǐ）的緊固件必須進行（háng）除氫處理的觀點。表1列（liè）出了相關標準中對除氫方法和方式的要求（qiú）。
  要求進行驅氫處理的緊固件的硬（yìng）度，對於表麵淬硬型的緊固件，決定其（qí）去氫處理方式（shì）主要取決於（yú）其“表（biǎo）麵硬度”。對（duì）整體調質或局部淬硬（yìng）型緊固件（jiàn），決定其（qí）去氫處理方式主要取決於其“芯部（bù）硬度”。

 

• 在目前采取的除氫措施中，烘烤是最有效的手段。

• 零件表麵有一定厚度的鍍層時，氫很難透過鍍層向外擴散出去。盡管在烘烤處理中隻除去了很（hěn）小一部（bù）分氫，烘烤處理可（kě）使鋼中的氫重（chóng）新分布，擴散到（dào）材料內部（bù）的永（yǒng）久（或不可逆）陷阱位置而成為非活（huó）躍狀態，並（bìng）使之不易於聚集到較為危險的陷阱位置。也就是說烘烤處理可以防止緊固件中的（de）氫聚（jù）集到應力集（jí）中的（de）部位，失效時間和臨界應力水平（píng）得以延長和（hé）提高。因此，目前烘烤處理在減小高強度緊固件氫脆傾向上是很有效的。

• 不論（lùn）是電鍍，還是磷化（huà）表麵處理，封閉（bì）處理工序應在烘烤工序完成後再進行。

 

14、烘烤時機

產品電鍍後應於4 小時之內被烘烤（kǎo），最好是在1 小時之（zhī）內以及鉻酸鹽處（chù）理之前，因為實施烘烤時如果溫度在150°F(66°C)以上鉻酸膜將會被破壞（huài），使得（dé）原披覆（fù）無（wú）效。

 

• 氫脆（cuì）化的消除與防止：經研（yán）究調查結果顯（xiǎn）示，在測試任何材料對氫脆化的感受性是直接與（yǔ）材料本身氫侵（qīn）入含量有關（侵入的型態與有效（xiào）性）。因此（cǐ）烘烤過程中時間 - 溫度的關係不但取決於鋼的成份和組織而且也和電（diàn）鍍材質和電鍍過程息息相關。另外大部份高強度的鋼，其烘烤（kǎo）過程的有效性隨著時間與溫度的減少而快速跌落。

• 有很多原因可能使得緊固件脆化，氫脆化測試僅是（shì）最後的手段，重要的是事前的防範（fàn）以預防及降低重（chóng）大的損失。當製造易發生氫（qīng）脆化產品時，全麵性的製造過程管製(包括電（diàn）鍍處理過（guò）程)將可使氫脆化的機率（lǜ）降到最低。

 

15、烘烤溫度

 

加熱到溫度200℃到230℃，最高溫度應考慮塗層材料以及基材的種類，某些塗（tú）層，例（lì）如錫，以及某些零（líng）件（jiàn）的物理特性可能因這些溫度造成不利的影響，某些情況下，則需要較低的溫度（dù）以及較長的時（shí）間。但（dàn）零件烘烤溫度應以不超過其原始回火溫度為原則

 

16、烘烤時間

16.1 ISO 4042-2018有關烘烤時間（jiān）的解釋

影響烘烤效率（lǜ）的關鍵因素是（shì）

— 溫度，

— 持續時間（jiān），

— 塗層的（de）滲（shèn）透性，

— 塗層厚度（dù）。

 

對於易受影響的緊（jǐn）固件 (例如, 硬度/芯部硬度高（gāo）於390HV) 電鍍鋅, 8小時（shí）至10小時在190°C到220°C是

一個（gè）最低推薦烘烤持續時間。然而：

— 根據緊固件的（de）種類、尺寸和強度/硬度等級，結合塗層係統和塗層工藝，成功地應用了較短的持續時間;

— 根據緊固件（jiàn）的（de）類（lèi）型, 尺寸和強度/硬度水平, 烘烤持續時間可（kě）達24小時, 足以減少移（yí）動的氫。

 

在大約190 °C烘烤電鍍（dù）鋅緊固件的一般做法是不足以提取氫, 因為鋅是氫擴散的有效（xiào）屏障。結果表（biǎo）明,烘烤持續（xù）時（shí）間為（wéi）4小時甚至可能是有害的, 並可能導致（zhì）偶爾的失（shī）敗。為了（le）烘烤（kǎo）是有效和有益的, 建議延長烘烤持續時間。

如ISO 898-1所規定的10.9級（jí）緊固件, 正確地製造到預期的材料和冶金性能, 不會因為IHE敏感而失效, 也不需（xū）要烘烤。鑒於目前對烘烤效果和材料敏感（gǎn）性的理解, 防止這些緊固（gù）件失效的不（bú）是烘烤。性能等級10.9的緊固件有時被（bèi）烘烤作為預防製造錯誤或失控的過程, 可（kě）能使（shǐ）材料變得敏感。

如果應用中出現延（yán）遲（chí）性斷裂, 除緊固件及其製造和電鍍工藝外, 還應調查包（bāo）括裝配和服（fú）役條件在內的所有條件。

ISO 2081, ISO 9588和ISO 19598中規定的烘烤標準過於寬泛, 不（bú）適用於緊固件。

ISO 2081, ISO 9588和ISO 19598中（zhōng）規定的烘（hōng）烤標準過於寬泛（fàn）, 不適用（yòng）於緊固件。

烘烤（kǎo）過程中使用的最大溫度和持續時間受以下因素的限製。不應超過緊固件最初回（huí）火的溫度, 不應損害塗層的（de）性能。溫度和/或持續（xù）時間的超標會（huì）影響熱處理後螺紋滾製的有益效果。

電鍍鋅零件通常在溫（wēn）度不高於220°C的情況下烘烤。電鍍鎘（gé）的零件通常是在不高於200°C的溫度（dù）下烘烤。

烘烤過程通常是在電鍍（dù）後（hòu）進行的, 在（zài）使用轉化塗層和/或封閉劑和/或外塗層 (如果有的話) 之前。然而，其他的順序可能是合適的，這取決於表麵處理的具體性質。

作為一個良好的（de）規（guī）程的問題，電鍍和烘烤之間的時間（jiān）應該（gāi）保持短。這（zhè）種做（zuò）法的（de）目的是最（zuì）大（dà）限度地提取移動氫, 否（fǒu）則移動氫的（de）一部分可以（yǐ）可逆地被困住, 更難烘烤出來。

這一現象已被證明是有（yǒu）關的電鍍鋼硬度在500HV範圍內和以上。通常使用的方法指定確（què）切的持續時間(例如4小時（shí）) 純粹是主觀（guān）的, 目的是（shì）作為一個實際（jì）的運作時間框架, 也（yě）是一個質量保證（zhèng）機製, 以監測良好的規程。塗層（céng）和烘烤之間的時間不應用作緊固件批次的可（kě）接受性（xìng）的嚴（yán）格標準, 它絕對不應用作將根本原（yuán）因（yīn）分配給緊固件失效的基（jī）礎。

烘（hōng）烤爐的條（tiáo）件, 包括裝載（zǎi）方法, 爐內持續時間和溫度（dù）均勻性, 應加以控製。要達到一個合理的有效的烘烤策略，包括決定是烘烤還是不烘烤, 應通過持（chí）續負載測試（shì）和/或工藝鑒定試驗獲得的經驗測試數（shù）據來驗證, 如DIN 50969-2和ASTM F1940中規定的。

 

16.2 ASTM F1941/F1941M-2016

調質（zhì）緊固件的烘烤要求—除非買方另有規定，否（fǒu）則在規定的最（zuì）大硬度39 HRC和以下（見注3），烘烤不（bú）是強製性的。產（chǎn）品熱（rè）處（chù）理後硬度在39 HRC以上且有組裝硬化墊圈的產品，於電（diàn）鍍後（hòu）應予以烘烤，使（shǐ）其氫脆風險降至最低。 

 

 

 

17、檢測方法

17.1氣泡法
這是一種比（bǐ）較快速（sù）、簡便的試驗方法，可將盛有適量凡士（shì）林的燒杯置於電爐上加熱熔融，加熱到100~110℃並恒溫約五分鍾以除去（qù）其中（zhōng）的水分，再將已清洗除去表麵油（yóu）漬汙物的零件完全浸入油液中，若在10秒鍾內觀察到零件表麵有氣泡逸出，則表明該零件含（hán）有一定量的氫。也可用（yòng）液態石蠟油，則（zé）試驗時需加熱至大約（yuē）150℃。

氣泡法隻能看出零件中是否含（hán）氫，但（dàn）其含（hán）氫量是否足以造成（chéng）氫脆卻無法判定。由於（yú）零件的加工過程中（zhōng）或多或少會接觸到氫，從嚴格的意義來說，此（cǐ）方法對實際（jì）生產和交付檢查並無指導意義。

 

17.2平行支承麵法 

• 平行支承麵法是目前用的比較（jiào）普（pǔ）及的一種試驗方法，ISO、DIN、EN、GB、SAE等標準都是規定的采用這種方法。僅（jǐn）試驗扭矩的設置和（hé）試驗時間長短不同而已。 

• 測試觀念是設計在緊固件的最大應力下實施一個模擬的實際狀況。

• 應力通常達到（dào）緊固（gù）件（jiàn）的一特定（dìng）的旋緊度或預先計（jì）算的扭矩值。

• 使零件保持在如此的應力裝置下（xià）24 或48 小時再旋緊。

• 如果任何緊固件在測試過程中或（huò）當再旋緊時氫脆破（pò）壞則這零件應再烘烤和再測試直到合格為止

國家標準GB/T 3098.17-2000的規定（dìng）

• 國家標準GB/T 3098.17-2000《檢查氫脆預載荷試驗 平行支承麵法》（等同采用國際（jì）標準化（huà）組織ISO 15330：1999標（biāo）準，與德國標準DIN EN ISO 15330也完全一致。）標準中規定：
預載荷（hé）試驗應在適當的試驗夾具上進行。緊固件承受的應力應（yīng）在其屈服點以內，或者處在破壞扭矩的範圍內。扭矩既可通過匹配螺母（或螺栓）施加（jiā），也可通過（guò）轉動攻有螺紋的鋼板施加。可保證相（xiàng）應緊固件所需應力能處於其屈服（fú）點內，或破壞扭矩範圍內的其他加載方法和夾具，也允許采用。該應力（lì）或扭矩（jǔ）應至（zhì）少保持48小時以上。每隔24小時應將緊固件再擰緊到（dào）初（chū）始應力或扭矩，同時檢查緊固件（jiàn）是否因氫（qīng）脆已發生破壞。 

 

 (1)、螺栓、螺釘和螺柱：試驗夾具應使用兩麵平行的硬度≥45HRC的淬硬鋼板，鋼板上製（zhì）有（yǒu）垂直於板麵的一個或多個孔，如圖1；沒有平（píng）支（zhī）承麵的螺栓和螺釘（如沉頭（tóu）螺釘）的夾具見圖2。取5個螺（luó）栓或螺釘試件按圖示裝夾，再分別擰緊至屈服點，記錄下達到屈（qū）服（fú）點時的擰緊扭矩，這5個擰緊扭矩（jǔ）的平均值即為氫脆試驗的（de）擰緊力矩（jǔ）。

 

 

(2)、自擠（jǐ）螺釘、自攻螺釘和（hé）自鑽（zuàn）自攻螺釘（dìng）：試驗夾具是一塊預製（zhì）螺紋孔的鋼板，如（rú）圖3。取5個螺釘試件分別擰入試（shì）驗板直至螺釘頭部與試驗板貼合。繼續擰緊螺釘使5個螺釘分別達到其破壞扭矩，其中的最小（xiǎo）值（zhí）的90%即為試（shì）驗（yàn）扭矩。由於十字槽、內花形槽等扳擰形式（shì）可能會（huì）在擰緊過程中出現槍頭滑脫而（ér）無法將螺釘擰至斷裂，此時就取規定的最小破壞扭矩的90%作為試驗扭矩。

 

(3)、彈簧墊圈和錐（zhuī）形（xíng）彈性墊圈：墊圈試件應用硬度大於墊圈試件的平墊片（且最低（dī）硬度為40HRC）相互（hù）隔開，若幹（gàn）個一起穿在螺紋公稱直徑與被試墊圈公稱直（zhí）徑相同的螺栓上，如圖4，錐形墊圈應成對組裝試（shì）驗，將組裝件擰（nǐng）緊至被試墊圈試件完全壓平。

 

• 將試件裝入試驗（yàn）夾具後，施（shī）加試驗扭矩並至少持續（xù）48小時（shí），螺栓等試件應至少每隔24小時重新擰緊至初始的試驗（yàn）扭矩，在試驗完成之前，應進行最後一次擰緊。然後將試件卸載後取（qǔ）下來，目測檢查試件，若無（wú）任何目測可（kě）見的（de）裂縫或斷裂，則判定通過該項試驗。

• 值得注意的是（shì），該標準（zhǔn）規定的試驗（yàn）方法僅適用於過程控製，並不作為（wéi）驗收檢查的試驗項目。

 

17.3美國汽車工程師協會（huì）SAE/USCAR-7標準（zhǔn）的規定是：

從待（dài）測零件（jiàn）批中（zhōng）隨機抽取5件，向零件或夾（jiá）具施（shī）加扭矩（jǔ）直至零（líng）件最終損壞，記錄每個緊固（gù）件的最大破（pò）壞扭矩，計算出5個數值的平均值，此值的80%將作為測試扭矩。然後采用（yòng）相同（tóng）夾具、相同負載方（fāng）法向待測零件施（shī）加測試扭矩，具體被檢測的零件數量應由供需雙方協商決定（dìng）並在控製計劃中規定（dìng）。施加扭矩後的零件靜（jìng）置24小時（shí）後逐一檢查，在此期間零件出現任何損壞則整批零件判為不合（hé）格，必須作報廢處理；如無（wú）損壞發生，則繼續負載24小時後再次施（shī）加測試扭矩，然後取下零件，目視檢查這些零件應無裂紋產生，如有任何裂（liè）紋產生，則整批判為不合格，同樣必須報廢。

 

18、參考（kǎo）資料

  ISO 4042-2018

  ISO TR 20491-2019

ASTM F1940-2007a(R2019)

ASTM F1941/1941M-2016

GB/T 3098.17-2000

  SAE/USCAR 7-2012