紧固件 钢制紧固件氢脆基本原理.docx

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1、ICS21.060.01CCSJ13GS中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z411172021/ISO/TR20491：2019紧固件钢制紧固件氢脆基本原理Fasteners-Fundamenta1.sofhydrogenembritt1.ementinstee1.fasteners(ISOTR20491：2019,IDT)2022-07-01实施2021-12-31发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会c,士T3*j4缩珞语353女到安铝条件aN眼失效条归91软脆失效的IS本原闪和原发刀5K5q4隔孑WQ11热浸缴锌-热冲击的影响1214?1315烘塔143a*15-AA.三

2、A-.刖S本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起范规则3的规定起草.本文件等同采用ISO/TR20491:2019紧固件钢制紧固件氢能基本原理，文件类型由ISO的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件.请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的击任.本文件由中国机械工业联合会提出.本文杵由全国黑固件标准化技术委员会(SAC/TC85)归口.本文件起SE单位：中机研标准技术研究院(北京)有限公司、东风商用车有限公司东风商用车技术中心、舟山市7412工厂.皆亿实业股份有限公司、山东高强番固件有限公司、上海申光高强度显楼有限公司

3、、浙江海力股份有限公司.上海高强度螺检厂有限公司、中船fit工海为郑州高科技有限公司、宁波九龙紧固件制造有限公司、宁波宁力高强度紧固件有限公司、机械工业通用库部件产品质量监霸校测中心、湖南申亿机械应用研究院有限公司.北京国网京达科技发展有限责任公司、无锡市标准件厂有限公司、变州天力紧固件有限公司、徐用瑞达高强度紧固件有限公司.奉州市环星不精钢有限公司.本文件由全国紧固件标准化技术委员会负去艇释.高强度钢制紧固件一般指抗拉强度(Rn)超过100OMPa的常固件,常裱用于如桥梁.发动机,航天器等歪要部位，这些部位案固件的失效可能会带来灾难性的后果.预防失效和氧腌(HE)风睑营理是整个紧固件供应链需

4、要考虑的根本性问题，相关环节包括:钢厂、紧固件制造商、去面涂覆供应商、应用工程帅、连接设计者直至最终用户.氢境研究已有数十年,然而，这一现象的复杂性和众多的变量使得紧固件故障的发生是不可预测的.相关研究通常是在简化和/或理想条件下开履的，其结论难以转化为紧固件工业标准或实践中具有指导意义的生产技术.此外,不同规危标准之间的差异，有些要求不充分,有些要求过于严格，导致慵况更为短杂.紧固件工业标灌中的不一致，甚至相互矛盾，导致了许多就念混淆和本可以避免的膜固件失效.氢的经常被搐误地看作是失效根源，而不是作为一种失效机理就反映了这种概念的泯淆.紧固件钢制紧固件氢脆基本原理1范因本文件从专业技术角度，

5、简要而完整地介绍了有关氢能的最新知识.本文件适用于纲制麻固件.2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件.3术语和定义下列术语和定义适用于本文件.3.1硬度hardness金属对型性变形的P目力，通常由固体(表面或芯部)的压痕或穿透表示.3.2加工硬化workhardening当金典在室IS下塑性变形(通过轧制、拉道、拉伸、浪丝、钺头、挤压等)时,强度和硬度(3.1)提高,而延展性降低的现象.3.3然效理heattreatment采用适当的方式对金属材料或工件进行加热,保温和冷却以获得预期的组妲结构与性能的工艺.注：家IS件热处理包括怛不椒于海文1回火.退火.表面鹿化和去应力.来源：G8/T72

6、322012,2.13.4淬火并回火quenchingandtempering;QT将工杵加热奥氏体化后快速冷却获得马氏体(或贝氏体)组织，再营新加热到基一温度并保持一定的时间后冷却到室温,以荻得预期的物理或机械性能的热处理(3.3)工艺.3.5表面映化case-hardening由渗碳或核氮共渗和淬火组成,使纲制紧固件的表面硬度(3.1)增加的化学热处理工艺.注一此工2用于白双螺灯自济IeO和白拈自ISiJ灯等.3.6去应力stressre1.ief通过将疥固件加热到适当温度并保持一定时间，然后裳僵冷却的热处理(3.3)工艺，以减少因加工硬化(3.2)引起的残余应力.3.7烘婚baking紧

7、固件在规定湿度、时间下加热,以减少内因理氢脆(3.15)风险的过程.来源：GB/T3099.320173.4.113.8裂纹crack开始发生断裂(3.10)尚未完全分需.3.9失效fai1.ure案固件丧失执行特定功能的能力，在某些情况下可能导致完全断裂(3.10).3.10断裂fracture在试玲或使用过程中，当筋固件的也性变形局部增加超过其圈力极限时发生破坏，导致携固件分离成两个或多个部分.3.11断口形貌fracturemorpho1.ogy断裂面结构及形态.3.12延展性ducti1.e断裂(3.10)前产生大量的理性变形,断口不平整，呈现典型的粗错.无光泽的纤维状韧窝形貌.3.1

8、3腌性britt1.e断裂(3.10)前没有或几乎没有塑性变形,断口平整,呈现出典型有光泽的晶体学平面或晶粒的外形.注1：沿第理三J的蛇性断裂称为穿加浙目.注2在嬴始奥氏体晶界分痛的怆性断裂称为沿晶断裂.3.14氮8%hydrogenembritt1.ement;HE金属在原子氢与外加载荷导致的应力和/或内部残余应力的共同作用下造成延展性永久损失，在一定时间后可畿导致脆性(3.13)断裂(3.10).注在圈述高克度钢制蒙IS件加脆的上下文中.星指加屐子而不U分子.来源：GB/T3099.3-2017,3.4.9,有修改1.1 IS内因型氢脆interna1.hydrogenembritt1.e

9、mentJHE制造过程中残余的原子氢造成的脆变，导致紧固件在拉应力(外加荷我和/或残余拉应力)状态下的脆性延迟断裂.来源：GB/T3099.32017.3.4,103.16环境型氢腌evirometa1.hydrogenembritt1.ement;EHE从服役环境中吸收氯原子引起的变，导致累固件在拉应力(外加栽荷和/或残余拉应力)状卷下的提性延迟断裂.来源:GB/T3099.32017.3.4,133.17氢梃值应力hydrogenembritt1.ementthresho1.dstress不发生细施(3.14)的临界应力，表征钢对特定期含量的敏感程度.3.18应力腐蚀开裂stresscor

10、rosioncracking;SCC环境型氢脆(3.16)的一种类型.使用期间,在腐蚀产生的氢和载荷诱发的拉应力复合作用下发生.来源:GB/T3099.32017,3.4.14,有修改】3.19氧扩散hydrogendiffusion在钢显袋组织中，氢原子的以及与构成氢陶阱的冶金特征(第裂纹、位错、析出相、夹杂物、品界等)之间的交互作用.氢坞阱分为不可逆陷讲(具有S结合能，程放氢原子的快率低)和可逆陷阱(结合能较低，氯原子更容易被程放).3.20氢逸出hydrogeneffusion在室温下受浓度梯度躯动，或在高温下受热驱动【如堪培(3,7),氢从紧固件材料中向外迁移，4缩略语下列缩略语适用于

11、本文件.EHE:环境型氨脆(EnVirOnmentaIHydrogenEmbritt1.ement)HAe:氯促进开裂(HydrOgenAssistedCracking)HE：氢脆(HydrOgenEmbritt1.ement)HE1.P：5RiS强局部SS性(HydrOgenEnhanced1.ocaIPIasticity)HIC：氢致开裂(HydrOgenInducedCracking)IHE：内因型Si脆(Interna1.HydrogenEmbritt1.ement)SCC：应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking)5镇脆一般描述一般来说，根据氢的来源，敏据可分为两

12、大类：内因型筑器UHE)和环境型SUe(EHE).内因型SI脆是由在炼钢和/或加工(酸洗和电镀)等工艺过程中残留在材料内部的氢导致的.环境型氢境是由来自外部的氢在应力作用下导致的，如服役中的紧固件.应力腐蚀开裂(SCC)与作为表面腐蚀副产痣的氢衩钢制紧固件吸收而发生的环境型氢境(EHD有关.阻板敏吸收是应力鹿蚀开裂(SCC)的一部分.阴极显吸收发生在锌或镉等金属涂层作为栖性阳极保护钢制紧固件免遭锈蚀的情况.如果钢基体然露于环境介质中，显露的钢基体表面在发生还原反应的同时，也将导致氢的吸收，从而使得含氢量明显高于未涂覆纲制案固件.“去脆化和再脆化两词也用于航空航天领域,但这种说法在技术上是不正确

13、的，因为脆化是不可逆的.去脆化拔错误地用于描述燃烟的效果，再脆化被错误地用于描述在版役环境或使用维护清洗液时吸收氢的影响.6氮损伤机理商强度钢的广义定义是抗拉强度(R1.I)超过1OoOMPa.高强度堀承受拉应力时，如高强度紧固件承受拧紧产生的拉伸我荷时，应力将导致钢中的氢原子扩散(迁移)至最大应力处(如第一扣旋合线纹或麒栓头下囱弧).随若氮在这些位置的聚集，通常延展性较好的钢会逐渐变脆.最终，某些位翼上应力集中和氨的SS集将导致呈促进(脆性)律观开裂.皂Kfi若张开裂纹尖端的扩展而迁移，导致施性微观开裂继续怛长，曰到紧固件过载并E终断裂.这种现象通常都为SI促进开裂(HAe)或S1.致开裂（

14、HIC）,上述氢损伤机理导致器固件在明显低于累固件抗拉强度的应力条件下出现失效3.描述理想条件下氨损伤机理的理论模型从1960年即已开始被提出，.对于高强度钢，这些模型主要甚于两个互扑理论：脱附理论”和氢增强局部重性理论（HE1.P）.考虑到氢脆现象的红杂性，氨损伤模型仍在不断发展和完?5；”.负损伤理论的深入研究超出了本文件冠围.详细信息在参考文献中列出.氢”陷阱”指的显微蛆织中可与氢原子结合的冶金特征,如晶界、位锚.析出相、夹票等.氢被吸对于陷阱中，从而不能自由犷散（迁移）至与氢促进开裂（HAc）相关的高应力区域.根据结合能的高低，氢陷阱通常分为可逆陷阱和不可逆陷阱.可逆陷阱的特征是结合能

15、低，氮更容易从可逆陷阱中释放.不可逆陷阱的特征是结合能高，Jft需要较高能（例如热畿或应力场）才能从不可逆陷阱中程放.陷阱位Bt以外的氢原子可以在金局点阵间自由移动，称作活或氢原子，也被称作间隙氢琼子或扩散氢原子:7断口形貌对于淬火并回火的1强度钢制紧固件，氢促进开裂（HAC）的断口特征通常具有裂纹沿晶界扩展而导致的蜡性沿品形猊（见图1）.断口表面形猊会随着材料的敏感性与脆化程度而改变.盘面清晰（如：尖锐和棱角特征）和/或脆性区相对于塑性区比例高是脆性程度高的特征.图1所示断表面为IO0%沿晶.材料敏感性较低时，可能出现含有沿昌和以埋穿品混合形态的断口.对于承受拉伸裁荷的紧固件，通常条件下，氢

16、促进开裂裂纹会歹展至承我面枳不足以承受外加我荷的程度.此时，紧固件快速断裂（即突然断裂）.通常情况下，突然断裂的断裂形态为望性，断口形皎特征为蜜住初离.图2展示了紧固件最终快速/突然断裂前，Ift促进施性裂蚊扩展结束的断口表面（即最终的脆性题蚊尖端）.与氢的存在无关的其他形式的性失效,如：回火境化.淬火境化,淬火裂纹等,必须与氢境失效区分开.这些境性失效可能会呈现出类似的沿晶断口，但与氢脆之间明显不同的是，这蛀脆性失效与时间没有关联性.图1断口形貌为Io0%腾性沿晶影SI（Cr-Mo合金钢AISM135）,淬火并回火至530HV,电能锌图2断口形貌同时存在氮促进开裂导致的脆性沿国形貌和最后断裂

17、区的曳性锚高形貌（Cr-M。合金钢A1.SM135）,530HV,电填锌8裂纹尖端条件在承受载荷的紧固件上，裂较可以通过几种与氨促迸开裂（HAC）无关的机制（如：痣劳、超就、成惶析导致的晶界弱化）萌生.然而，包括氢促进开裂（HAc）在内的任何机制一旦引发裂纹萌生，裂纹尖端的条件，特别是应力集中，往往比初始条件恶劣得多|间.裂纹可以很容易地通过一种或多种机制的红合作用而不断扩展，以释放裂蚊尖的应力集中.如果有足够数量的氨与裂纹尖端相互作用，则SI促进开裂（HAC）可以促进裂纹的扩展（见图3）.例如，即使在敏感住低的材料中，雅露在周及环境下.承受膀卷钱荷或循环战荷的裂纹也可能部分通过应力腐蚀裂纹而

18、犷展X.标引序号说明1一氢原子；2一扩展裂戊.图3裂蚊尖端被氢原子包国并通过交互作用而引起复促进裂纹扩展氨促进开裂（HAC）是初始微裂蚊萌生机理时，随若有效如持续与扩展裂纹尖端相互作用并沿裂坟尖端迁移，失效时间明显缩短.在这种慵况下，S1.促迸开裂（HAQ是主要失效机制.失效研究应区分初始架纹萌生机理是否与氢促进开裂（HAC）有关.如果氢与餐蚊尖端发生相互作用，在初始浅裂蚊与S1.促进开裂机制无关的情况下，断口仍然可以呈现沿品特征.在这种情况下，氮促进开裂（HAQ只镀被认为是一种次生断裂机制.9氯脱失效条件9.1氧炭失效的根本原因和该发因素导致氢能失效必须同时具笛三个条件（图4）:一材料对氢损

19、饬被感；一拉应力（通常来自外部施加的载荷或残余应力）；和一氧原子.如果这三个条件有足够的王展量，在一定的时间内，氮损伤会导致裂纹的萌生和犷展，m至断裂发生.失效发生的时间可能会随着各件条件的严重程度和氢的来源不同而变化.应力和氢被认为是诱发因素，而材料对氢损伤的敏感性是氧脆（HE）发生的基本条件，是根本原因.行”的口作图4延迟氢胞失效的三个必要条件的交集9.2材料较感性9.2.1 通则材料对负损伤的敏感性是材料条件的函数，包括材料的金相组织和力学住能.研究材料对SI损伤的敏感性是理解氢脆现彖的基础.考虑到氨脆会导致延展性损失并进而导致强度损失，研究和量化材料对氢损伤的敏感性的基础从力学试验开始

20、.试验在不吸氢与双氢条件下，测量材料在应力递增下的特性.试验方法详细描述见9.2.2.材料强度（抗拉强度和/或硬度）是影响的氢腑敏感性的m要因素.随若强度增加,纲的硬度增加、受性和韧性降低，对氧损伤更触感.当钢制紧固件的硬度高于390HV时”，其氢能敏感性将显告活加.这种敏感性的增加以初性-脆性转变为特征，即材料延展住迅速丧失.较小幅度的硬度增加，就可能发生韧性-脆性转变S1.见图5.100M908070HGOM50X40K30%IOM标引序号说明：X一硬度（HV）：Y一正表范用-球口断裂里度百分比（NFS%）.不嫉啰区；b较性-IC性转变区He度大于390HV时开始转变）；1蛾超区（氢俄失效

21、概率可帔性高）；装固件的接收阂值.图5电镀锌方形嵌口试样氮脆超值应力曲城的分布（大气环境，四点弯曲加裁当硬度箔加曲至390HV时（图5左例郃分）.钢未表现出任何断裂疆度损失：即没有潴化.当硬度大于390HV时（图5右偏部分），防若硬度增加,发生韧性-脆性转变,韧性-脆性转变的开始，取决于特定合金钢的金相组织特征和可获得氢（有效氢）的浓度6U|.钢制紧固件的硬度低于390HV时,如ISO898-1中规定的性筋等级为10.9级紧固件,对刎能失效没有显著的敏感性I.也就是说,这些钢制案固件不会由于氢的存在而导致机械性能延迟下降.上述结论的前提是假设紧固件选材适当、炼钢工艺和累固件制造工艺控制史好g”

22、.为了使内因型氢援（IHE）风险降至酸低，推荐使用的索固件电镀标准，如ISO40423和ASTMF1941F1941M,将最低硬度高于390HV的紧固件界定为需要建制烘焙的氨境触感紧固件.将390HV作为强制块培硬度限定值，是基于科学研究（见图5）和长期的筋固件工业实践而提出的.运用这些标注时，还需要适当的过程控制措施和测试方法作为负脆（IHE）风附最小化的辅助工具.注某些冷层规范规定的好例烘培硬度电定值低于390HV.然而，这空跟定值壮乏数语支持，最初采用是IV为预防措施.为了使环境型氢脆任HE）风睑降至最低,ISO898-1.1.,1.包含了关于12.9圾紧固件应力腐蚀开裂风睑的警示性注释

23、，其硬度空围为385HV-435HV.图5所示的分布范围是由啊质钢合金成分、金相组妲等影响S1.扩散和陷阱效应的次要因素造成的.因此，对于给定浓度的氢，当硬度超过390HV时，开始初想转变的临界捶度值会发生变化.仅依靠捶度不足以预测这些次要因素的影响.硬度测量，本质上是局部生性的量化，是一种快速而有效的强度评估方法.硬度是弱的合金成分和热处理的综合作用获得的.在回火马氏体结掏中，相同的硬度可以通过不同的成分和热处理的合来实现，不同显微组织BS有不同，每个显鱼组织的应力-应变曲统,以及氟扩故和诱捕特性也珞有不同.IS5中所示的分布范围代表了由10种不同的合金钢,在4种捶度水平下,阈值应力测量所确

24、定的效感性正宫急囹（敏感性由最低到段商.9.2.2 造成材料敏感性异京的缺陷和其他条件除了上述金相相织的正常变化,热处理控制不当和大量非金局夹杂物造成的微观组织不均匀住可能导致铜的氧脆敏感住不可预测的增加i”.热处理是使紧固件荻得预期金相姐织和物理特住的展要的工艺过程.氢髓软场性低的素固件发生氢的失效的根本原因经常与不恰当的热处理有关.热处理不当的后果包括高于预期的硬度.意外熔碳和/或马氏体缝变不完全.因此,保证热处理工艺生产的紧固件满足材料标准中的各种显性或I性技术要求，例如足塔的强韧性、显微组妲的均匀性.无增碇等要求，是非常市要的.控制不良和显成组织不均匀的典型特征是低韧性.因此，测量冲击

25、鱼度（例如按醺ISo898-1）刈，可以作为检测紧固件异常显弟组织的一种有效试皴方法.最后，紧固件的原材料冷成型前进行了磷化处理,在奥氏体化过程中，表面会产生伊犷放，出现可能导致晶界足化的白色蟆富集层（6铁素体）和陵倘析.对于高强度紧固件,这种现象会导致紧固件表面出现脆性沿晶裂纹.脆性沿品裂纹的假向随硬度的增加而塔加.虽然蜡性沿晶裂纹是在没有氢的情况下发生的，但一旦裂纹畸生，即可在氢的促进下步展，如第8章所述.在淬火和回火之前，通过清洗紧固件去除去面的藻酸盐（去蟆），可以减缓境的扩放.在ISO898-1中，性能等级12.9圾紧固件的去膜处理是强制性的心-沟.9.2.3 测量冢腌临界应力的方法材

26、料对Ift损伤的敏感性通过S1.脆应力阈佰表征.图5中的曲线是甚于测量的S1.脆应力阈佰，Sft施应力阈值表示为材料筮准强度的百分比,即缺口试样断裂强度百分比（NFS%）.试样的氢脆敏感性越高，其氢施应力阈值越低,相对于试样基准强度的NFS%佰就会越低（试样基准强度为100NFS%/刈.图S中的数据来自单缺口方形材料试样的测试结果，试样如图6所示.试样的尺寸规格参照ASTMF519（尺寸类理1.e）3.皎口的底部半径模拟器固件的娘纹牙底.将试样的几何形状改成了方形试样，是为了采用四点弯曲方式对试样加载；相对于圆棒缺口试样的拉伸加载方式，该方式可以产生更高的应力水平.图6给出了穹曲加我方式的满图

27、.冏革地说,加我方式是对试样渐进性增加我荷.这件加裁方式称为步进加载（incrementa1.stepIOading,1S1.）,是经过修改的慢应变速率加载（s1.owstrainrate1.oading,SSR1.）模式.这种测试方法是为了测量材料的氢潴开裂应力阈值,即测量材料对氢眼伤的敏感性,试样中SS外的氢可以采用预先充细的方法得到，如将试样进行电圾工艺处理（IHE）,或者在测试过程中，采用环境箱，将试样置于3.5%质量分数NaC1.溶液中，并给试样外加阴眼电势.通过调节外加电势及相应的电流密度，可以控制进入试样中的氢的数量Us.采用弯曲加我模式，使得测试条件非常严格，同时可提高参数变化

28、影响效果的测量灵敏度.对于给定的缺口半径，弯曲加载应力集中度是拉伸加载应力集中度的1.65倍,划,由于试方法更苛刻，试版结果必须考虑其与实际服役条件之间的关系：在常规的服役条件下（拉伸加载），处于相似的细环境中，紧固件是否会氢给.紧固件接收阈值（图5中虚建所示）定义为：在周值以上，紧固件在相同的条件下（即：相同材料与氯含量），承受拉伸我荷而不是弯曲我荷，将不会出现氢箱.为了婢定拉伸条件下的紧固件接收阈值，采用弯曲条件下的100NFS%乘以系数1/1.65,将当曲应力条件转涣为等效的拉伸应力条件；通过转换关系可知,对于相同材料制造的携固件，弯曲条件下的60NFS%H）对应了无风险”接收W三,mi

29、.里位为米5.9186年缺口方形膏曲试样及膏曲加鼓方式（ASTMF519类型Ie）9.3拉应力累固件的正常使用条件是承受我荷产生的应力,谯栓和窥灯等紧固件在疔紧过程中壬要承受拉底力和不同程度的扭转应力.在某些情况下，紧固件可能会承受剪切载荷，特别是在无端放杆部.在某些罕见而重要的情况下，密固件也可的承受意.外的弯曲载荷.承受拉伸载荷的密固件，如果拉应力超过了其材料的氢脆阈值应力，经历一定的时间，紧固件将会发生氢筠失效.氮脆阈值应力是指不发生氢脆的临界应力.如9.2.3所述，氧脆阈值应力是衡量材料在一定数量氨含量条件下的敏感性程度,失效发生的时间取决于超过阈值应力的斓值.失效时间随应力增加而缩短

30、.娉栓或骞钉中应力是连接中载荷条件的函数.这些载荷条件是索固件连接设计（即工作戟荷）和安装预我荷的组合.通常，麒桂的安装预紧力在屈服强度的50%100%之间.对于性能畛级为10.9级紧固件，对内因型JR脆（IHE）没有明显的敏感性，其应力加籍程度低于材料的W脆间值应力.但是，如果这些紧固件的硬度JS于规定的限值，或者存在如组织不良、初性低（见9.2.2）等其他缺陷,则可能会出现异常的.低于正常安装预紧力的氢施阈值应力.在此条件下，即使是相同的呈含盘和正常的安装预载荷，超过材料氧脆阈值应力的概率也显著带大，从而增加了氧促进开裂（HAC）的风险.注：与所有的失效机制相同,氢促进开裂通常起源于最大应

31、力集中HJ位：一对螺钉和螺畦,最大应力集中部位为买下IS角.嫖奴收尾如第一犯凌合雄蚊的牙底.一对螺田，J1.荷在内0!纹上的分布使得实际大城力草本上不会超i1.材n的辄粉西倒应力.因此，“卬氯悔失效尽首在理论上是三J俺的，但实际上韭常少见.一对非平堂8B,当堂88受Ii时照会出现较大的拉应力.因此.电St底津度悻Ii型图出现氢促迸失效的情况并不少见.MUE对空M1.采用充分煤蜡工艺.不当的紧固件设讨不良的制造工艺、过度酸洗或,腐蚀性环境可能导致怎外的几何不规则,如尖角、非圆弧过渡.表面缺陷或凹坑.椅别要注意，1S蚊根部小的测弧半径和爆纹折金是高应力集中区.这些不规则往往会导致意想不到的裂纹萌生

32、，从而恶化应力状态，特别是对氯脆敏感的材料.9.4原子SI9.4.1氢的来源氢有两肿可能的来源：内部和环境.9.4.2 内部氮钢在生产过程中不可避免地会残留少量IR,即使采用先迸的H空蜕气技术，标准质量的钢也含有大约IXI0的氢.这些残留的氢通常不会引起关注，因为它们通常处于陷阱捕获状态.内部氧也可箱来自紧固件的制造过程，如在奥氏体化或渗成过程中，氢可能被紧固件吸收，但在后坡的回火过程中会被洪出.对于适当淬火并回火的钢制紧固件，典型情况下，仅存的残留氢通常被陷阱所浦茨，无有古影响.注1：及接等二次In工过程也可Je将氢引入热彭陶区.与内因型氢能相关的制造工艺主要是涂覆工艺和相关的表面清洗和预处

33、理工艺（如酸洗）.这些工艺之所以重要，是因为它们是关键制造工序，而涂覆材料（如怦）作为氢逸出的屏障，阻止或妨碍在室温条件下氢从钢内部向外部扩散的自然趋势”.典型的强前清洗包括热碱性脱脂、电解（阳极）碱性清洗和加抑制剂的酸洗.酸洗是涿僵过程中氢的土要枭源.因此,应采用合适的抑制剂和最短清洗时间以最小化内因型氢脆风险.对于硬度大于390HV的紧固件加性能等级为12.9级紧固件，装前清洗建议采用非酸性处理，如机械清洗或碱性清洗.援蚀（抑制）剂可以减少对钢的侵蚀以及氢的产生和/或吸牧.当海火并回火钢制紧固件采用酸洗工艺时，应以最短的漫蚀时间进行清洗.电研清洗是氢的来源之一，对于捶度大于390HV的紧固

34、件应避免使用.电镀过程产生氢，但紧固件吸收氢的数量并不等于电解生成的氢数量,可吸收氧的数量取决于工艺类型（如碱性镀锌、酸性镀锌、镀锌合金）和工艺叁数（如电流电度、电镀周期.挂式/浪同式.影响紧固件中残鼠氢数量的最或要因索是涂覆层对氢犷散的渗透性虫.涂覆层的渗透性决定了电镀过程中，放着涂覆层朦度若加,是否允许氧扩散进入材料；电装后，涂覆层是否会作为有效的屏障，阻止氨向外逸出，迫使氢留在紧固件内部.研究表明，由于磷酸盐涂僵层暗松多孔,在室温环境放田超过24h的性能等级12.9级、袋酸盐涂层紧固件,不存在内因型氢隐风睑?”；同样，研究表明，航空1.HE-Cd镉电骏工艺和次含量（12%16%）的锌-饺

35、电镀工艺发生内因气氢脆风险明显降低,I.主要原因是这些涂覆层比锌（Zn）或锌-铁合金电镀渗透性要好.工业生产中普遍的做法是在涂覆处理后对案固件进行供培,以去除工艺过程中进入的可扩散氢.关于堪培更详细信息，见第15章.注2：通常.内因空氧的失效将在祟固件安装后致小时或数天内发生.9.4.3 环境氧环境氢进入汹制累固件是由于累固件使用中腐蚀造成的.与水和腐蚀性物质接触产生的氢可披索固件吸收.更工要的是,牺牲阳极保护涂层（如锌、锌-镶合金.镉）的电化学腐蚀析出的氢可能被紧固件裸露表面（阴极）吸收.在涂覆层被破坏、开裂、吭松或部分扬蚀时,会发生这种情况.通过这种途径吸收的氢量要比一般阳眼混蚀条件下（无

36、涂层）吸收的氢量高出几个数量级.这种情况可能导致应力陶悦开裂（SCQ,也称为氢促进应力陶饺开裂（HaSCC）或氢致应力筋蚀开S（HiSCQ.从失效分析的角度来看，使用中的累固件失效前任何程度的腐蚀都可能导致环境型氢脆成为主要的失效机理，而与内部氢的存在无关.治着时间的推移，混馋产生的氢对局部的作用逐渐累积，内部氢的相对作用变得可以忽BS.注：通常惑境型氢俄失效的发生比内因型氢傀需要更长的时网.由于导较里境里氢饿的氢的吸收是在辑蚀过程中出现的.环境型氨怆失效可能发生在索固杵安装后几周到几年内任何节点.10表面硬化装固件对于去面硬化螺钉，由于其表面有意进行了硬化处理以满足自钻、自挤和/或自攻的功签

37、需求，因而将承受更多的风险.根据不同的应用目的,这些螺钉型式种类很多.它们被用于连接木材、钢、镀锌钢铝或这些材料的组合.因此，其芯部硬度为250HV450HV(25HRC-45HRQ,表面硬度高达600HV(5SHRC).高表面硬度与芯部硬度的结合使表面硬化程钉材料对内因型Si腌和外部蛆脆都非常敬思.表面硬化螺钉有时会镀锌、锌合金或涂3!富锌的有机涂层，但更常见的是电镀锌.氢的存在为氨脆的发生提供了充分的诱发条件.氢的可能来源包括：- 内部氢,渗嵌过程中进入材料的氢；- 内部氢，电镀过程中进入材料的氢；一环境氢，阴极保护涂层发生牺牲阳极腐蚀析出的氢；- 环境氨,被连接件材料化学电位匹配不当而发

38、生电化学肠蚀析出的M.木料压力加工时采用的大多数化学防腐剂都是铜星的，能明显加速蟆钉的腐蚀.这种加速离蚀过程始于锌或富锌涂层的快速就蚀，随后以同样的速率腐蚀钢基体.这些复杂的电信腐蚀关系进一步18加了用蚀产生氧的速度.幸运的是，表面硬化娉打承受的载荷通常低于材料的氢脆阈值应力，并未经常出现氢脆失效.然而，即使硬度、加栽条件或腐烛环境稍有变化,也会导致相对快速的失效(即安装后数小时至数天).去面硬化端钉在制造过程工艺控制条件姣差，预防期施将面临挑战.因此,强煞注议考虑紧固件制造商的专业知识，以及螺钉应用和使用环境.从预防鼠孤失效的角度，产品必须控制的关由特性是：芯部硬度、表面硬度和硬化层深度：一

39、芯部硬度：经验表明，芯部硬度是JS关键的特住，应保持在370HV以下；一表面硬度：表面硬度应根据理钉的预期用途规定，与芯部硬度一样，去面硬度应规定为范围值(即最小值和最大值)，不能仅规定最低要求；一硬化层深度：经粉表明，胞莉硬化层深度的堵加，对氢胎的敏感性增加,因此,硬化层最大深度需要限制(如ISO2702自攻端打声”.其他的预防措施还包括选择适当的涂覆层.例如，虽然电酸锌非常经济且应用广泛，有时不适合用于高硬度范围值的去面硬化谡钉.替代涂濯层包括非电解锌片涂层、锌镀电镀层和有机涂层.其他预防措施包括规定和监督使用适当的安装方法，例如通常不建议使用冲击扳手.进一步，还需考虑零钉形状和几何结构的

40、影响.Sffi.脩钉不同部位表面硬化层硬度和有效深度是相对均匀的.在表面硬化层下，存在高硬度硬化层与低硬度芯部的过渡区.尺寸薄的部位，如头部垫圈面或内板拧谯钉头-杆过渡区，有时不镯提供足够的厚度来完全过渡到较低硬度.因此，薄的部位是硬度较高的区域，容易发生氢JS(HE)失效,即使紧固件的主体不太可能失效.因此，在设计和加工表面硬化蟆钉时，必须考虑几何结构，特别是消除着的部位，以将氢施失效的风险最小化“.因内因型融脆导致膜固件断裂的示例见图7.标引序号说明：1一头部硬化层深皱（厚壁）；2一忘EJ!度法兰部位（薄里）；3一芯部（正常8度）.图7表面硬化的法兰面螺灯腌Bi裂（左图）和法兰面表面硬化轮

41、班（右图）示例最后,对于某些自挤螺钉，如ISO7085网或DIN7500-1,根据应用条件，将施加较大的预我荷，该段载荷产生的应力可能超过其氢的阈值应力.应特别注意减少这类蹴钉与氢接触的机会，防止内因型氢脆及环境型氢潴.11殊浸健锌-热冲击的影响20世纪70年代，由于应力篇蚀开裂（SCC）导致热浸Igt辛高强度累固件失效，促使ASTM累固件委员会禁止对主要用于北关的ASTMA490u,高强度栓接结构等栓进行热浸镀锌.在欧洲和其他地区，根据ISO898-1对性能等级为10.9级栓接结构舞拴进行热浸镀锌仍然是一种标准做法.作为附加的预防措施,在ISO10684中制定针对材料和工艺的指南和要求,以避

42、免或IE小化负脆园般.尽爸在热浸镀锌前从未与酸接触，也未受到环境腐蚀,热浸镀碎紧固件在安装后不久仍发生失效.即使没有确凿的证据表明热浸能锌高强度紧固件在加工或环境中接触到氨，这些失效也被借误地归结为由酸洗造成的内因梨氨脆，或被归结为由使用中制饺造成的环境型氢境.虽然热浸镀锌工艺本身并没有引入氨，但最近发现的一种现象可以更好地解释此类失效的机理，这种现彖导致了86外的氢来源.在热浸镀锌过程中，当紧固件浸入熔融的株液中时，温度总增（即热冲击）会辉放出残留St,这是V的一个凄要来源.厚锌层的存在阻止了氢的蟀放,逸出,反而导致鼠在品界处黑集2”,因此，除了传统的内部氢和环境氢来源外,通过热冲击释放被捕

43、获的氢是第三个且可能是城王要的氢来源.内部氧来源这一新发现，可能是导致热浸馈锌高强度紧固件失效的主要原因，而传统的内因型氢胎或环境型氢舱模型不镇充分解号这些失效.然而，如前所述，氨是诱发条件，而不是氢能失效的根本原因,这种失效发生的基本条件也必须存在，即材料必须具有氢能敏感性.硬度范BO为240HV390HV的热漫镀锌紧固件对氧境不敏感.事实证明，高强度栓接结构紧固件，包括ISO8981中性能等级10.9级螺栓和ASTMA354BD1.,1螺栓，进行热浸镀锌是常规工艺且安全的.另外,热处理不当或有其他缺陷紧固件会明显变得更容易受到影用（见9.2.2）.因此,热浸镀锌岛蝇度紧固件失效的根本原因总

44、是与不良或不合格的材料状态相关联，导致高于常规水平的氢掂敏感性.注：2013年旧金山-奥克兰海湾大侨（SanFranCiSCboakIandBayBridge）的锚杆失效就是一个引人注目的例子.这些失效的根本京因归结于有一批ASTMA354BDUI杆”使用了有缺治的材料.D已废止.12电镀的去应力电镀前进行去应力处理，对于淬火并回火紧固件是不需要或不适合的.因为回火能有效地消除残余应力.另一方面，紧固件在淬火和回火后、电镀前加工硬化产生的残余拉应力会导致氢促进浅泡纹的萌生,只有在满足氨筠的三个条件下才会发生氢促进开裂：即材料只有氧脆敏感性、有足够的氧以及加工硬化产生的残余应力超过钢的氢境阈值应

45、力.在这种情况下，作为一种预防措施,在电镀前进行去应力处理是有益的.只有那些导致明显重住变形并产生残余拉应力的操作，如冷成型.冷官、冷校m,以及钻孔或焊接操作,才需要在电镀之前进行去应力处理.标准的二次机械加工,如泄削、车削、攻丝和跣削都没有问感.不需要对紧固件进行去应力处理.去应力的效果第苔温度的升高和时间的延长而逐渐增强.然而，标准规定去应力埃塔温度不彘影响紧固件机械性能，更准确地说,煨培温度不应超过回火温度.应根据不同的条件选择适当的温度和持续时间进行去应力处理，选择方法取决于/固件制造商对氢能三个条件同时存在可能性的泮估.根据产品检骐或试裟获得的数据，制定合理有效的去应力策络.不管采用

46、哪种方法都宜考虑与时间的相关性.注：KO9587“S中推荐的应力曜放标准过于宽泛.不适用于浓固件.13索固件热处理后滚丝累固件经过热处理后（即：淳火并回火）滚压螺纹有以下效果：冷挤压和由此产生的残余压应力提高磋劳性畿；研究表明，紧固件热处理后滚压螺饺也降低了SUfi敏感性.这一现象的触释是：在嫖饺根部区域,通过减少品格空间和增加位错空度（即：陷耕），从而导致陷阱点位增多，减少氢迁移.热处理后深压螺纹可以作为限制氢境失效风险的制造策BS.14氧舱试骐方法由于黑脆对时间的依赖住，用来检测或衡量由于如的作用而引起的力学性签下降膨晌的试验方法都需要将时沏变盘包含在内.通常情况下，氢脆试验是通过持续我荷

47、试鼠枭进行的，是定性试我方法（通过/失败）.持续我荷试版用于对内因金氧胎敏感的高强度紧固件后期工艺过程（如电镀后）的质量控制,持续载荷试鲂包括在固定的时间周期施加规定的峥态负裁，时间为24h200M具体时间取决于规范要求.持续载荷试验是否合格，是通过试版条件下案固件在规定的时间点是否失效来判断的.试粉结果不质明岩固件接近失效的程度.持续载荷试眼有几种方法，紧固件最常用的试览方法在ISO15330,4j,.DIN50969-2,、NAS13120“：和ASTMF6061441中规定.注1：将球裁荷试按适用于生产检验.标格持块状荷试验规范不适用于银役后零件测试.持续强荷试验的定量化替代方法是慢应变速率（SSR）试豌,如ISO7539-7,“和ASTMG129*中描述，或阶梯荷我（ISD试验，如