延迟断裂原因分析及预防措施

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1、延迟断裂(氢脆化）原因分析及预防措施氢脆现象氢脆原理裂纹形貌氢脆失效的根本原因及共同特性为防止延迟断裂质量事故之预防措施1氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象,在热处理、清洗、磷化处理、电镀、自身催化过程中，以及在服役环境中，由于阴极保护的反作用或腐蚀的反作用，氢离子都可能进入基体。在加工过程中，氢离子也可能进入，如辗制螺纹、机加工和钻削中因不适当的润滑而烧焦，还有焊接工序，零件经机械加工、磨削、冷镦成型或冷拔后，尤其再进行淬硬热处理，则极易受氢脆破坏。------氢脆的潜在倾向与产品表面处理及钢材

2、内碳含量以及产品的硬度有关,且成正比。当产品脆性增加和表面处理（电镀电解化学反应）是造成氢脆化的主要因素。2氢脆原理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷较多(原子点阵错位、空穴等)。氢扩散到这些缺陷处,氢离子合成氢原子，氢原子合成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料所承受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。氢脆化既然与氢的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与氢浓度、温度和材料的种类有关。因此,氢脆化通

3、常表现为延迟断裂。氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。2氢脆原理镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。常温下氢的扩散速度相当缓慢,所以需要即时加热去氢。温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不得破

4、坏镀层本身的性能。3裂纹形貌氢脆断口与其它脆性断口很相似,很容易混淆,因此在进行失效分析时应慎重对待断口失效模式。氢脆裂纹通常是单一裂纹,没有明显的分叉。裂纹可以是穿晶的,也可以是沿晶的,还可以是混合的。高强度材料和有杂质的材料出现沿晶断口的可能性大,这时的晶界面相对应力腐蚀断口来看比较干净光洁。在延展性不太好的合金中,断口失效模式大多呈现冰糖块状，有较多的沿晶微裂纹（晶面上有爪状纹）+二次裂纹+少量韧窝。在延展性好的低强度钢中,断口失效模式可能是韧窝,随着延展性下降,韧窝尺寸变小。3裂纹形貌低碳钢的氢致沿晶

5、断口很独特。材料变形时空洞首先在FeC3上形核,但优先沿晶界扩展,这样就获得了所谓的“韧性沿晶断口”,即断口是沿晶的,但晶界面是由韧窝构成;或在沿晶小刻面上出现细小的、发育不完整的韧窝,即所谓“鸡爪痕”。有人认为这可能是氢气或甲烷气在晶界处形核的结果,也可能是氢增强局部塑性流变的结果。还有一种情况就是沿晶与撕裂棱上的韧窝共存,这也是氢脆断口的特征之一。3裂纹形貌氢脆断口在金相显微镜下呈现白点，呈银白色，轮廓分明，表面光亮且形状有许多圆形、卵形白斑即白点缺陷，白点表面呈粗晶状；宏观形貌与一般的脆性断口形态相似，

6、其断口宏观上是齐平的，无塑性变形，有时可见到一些反光的小刻面、结晶状颗粒或放射状花样（类似发纹、瓜状纹、鸡瓜纹）。4氢脆失效的根本原因及共同特性所有的失效都是在组装之后发生，通常是在产品组装后1至48小时内发生，但没有一定的准确时间，氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。判断是否为氢脆，有一个较简单的方法，那就是如果螺丝或螺栓在组装后1到48小时内破坏，且破坏在头部与杆部或螺纹与杆的交接位置那大概就是氢脆破坏。若是从组织上观察，氢脆断面为一种晶界破裂，氢脆的断裂性质为脆性断裂。其断口宏观上是齐平的，无塑性变

7、形。断裂的显微特征是沿晶型的也可以是穿晶型的。对于氢化物型氢脆，其裂纹沿晶界扩展，并在晶界上可看到粒状氢化物；4氢脆失效的根本原因及共同特性所有失效的零件都有电镀，零件的氢来自电镀过程中所用的酸液及无效电镀电解过程中的氢离子；所有的失效都呈现颗粒间的破坏特征，这意味着材料的晶界未经拉伸而突然破坏，破坏的表面看来像是断裂的结晶场（这里需注意：所有的氢脆化破坏都是在颗粒之间，但并非所有颗粒之间的破坏都是氢脆化造成的，产品组装之后经过数天、数周、数个月才发生颗粒之间的破坏，比较像是应力腐蚀而不是氢脆化，这意味着在产

8、品运作环境中有某些外界因素与扣件发生作用而发生失效。4氢脆失效的根本原因及共同特性所有的零件都经全面硬化（如：调质）或表面硬化（如：渗碳或碳氮共渗）；所有失效零件的心部硬度基本都超过了HRC35，甚至接近了HRC40（注意：螺丝和螺栓氢脆化基本都是与心部硬度有关，与表面硬度较无关。），故限制螺丝螺栓的心部硬度不高于HRC35，确保心部组织的韧性和延展性，将大大降低氢脆化机会发生；5为防止延迟断裂质量