氢脆现象的弹性紧固件电镀锌氢脆分析及预防
为有效地提高弹性紧固件（弹簧垫圈、锥形垫圈、鞍形垫圈、波形垫圈等）抗蚀防护性能和装饰性，多半要进行表面处理，如发黑、磷化、电镀锌等处理。其中电解镀锌及钝化处理应用更为广泛。
加上弹性紧固件的硬度一般在42-50HRc之间，由于材料及表面处理的原因，它对氢比较敏感，在电镀后，除氢处理未达到驱氢目的，其残存的氢会造成弹性紧固件的延迟断裂。
目前，由延迟断裂氢脆引发的弹性紧固件断裂自然是一个严重的产品质量问题，人们可以采取各种技术来减少和预防弹性紧固件的氢脆问题。
1、材料缺陷的影响
弹性紧固件材料表面缺陷对电镀锌的有害影响是不容忽视的，比如钢板表面轻微裂纹折叠、斑痕蚀坑夹杂和超过允许深度的脱碳层，都会对弹性紧固件镀锌产生十分有害的影响，压弯成型不当造成表面插划伤，局部应力集中等都会有不良影响。
2、热处理工艺的影响
热处理工艺对弹性紧固件电镀锌后的氢脆是有较大影响的，若硬度≥45HRc时，均会诱发或导致弹性紧固件断裂。
在确保热处理技术参数的前提下，选择适宜的加热温度，合理的加热时间，充分予以回火。以最大限度地消除组织应力和热应力，避免其有害影响。淬火加热时应严防氧化和脱碳，网带炉碳势控制在060%-070%，盐浴炉必须认真脱氧捞渣，进行硬度检测时，严格注意表面层造成硬度虚假现象，使硬度测试值失真。一般应控制在42-44HRc为佳，不要超过45HRc。
3、电镀过程的影响
弹性紧固件由于氢的侵袭往往发生氢脆断裂，造成重大损失。析氢渗氢在整个电解镀锌中是不可避免的，析出的氢能够渗入镀锌层，甚至渗入基体金属内。锌的吸氢大约在0001%-0100%，而铁碳合金吸氢圆山在01%左右。氢在金属内使晶格扭曲，产生很大的内应力，致使其机械性能降低，析氢不仅对镀层性能产生不利影响，如产生针孔、麻点、气泡等缺陷，而且会渗透至基体金属中，使金属韧性大大降低，导致零件脆断。析氢的原因除在热处理外，较高的加热温度，氢很容易渗入零件应力集中的区域，酸洗和电镀都会发生析氢。
4、氢脆的预防
(1)电镀锌前必须严格控制阴极电解除油。对弹性紧固件（尤其是厚度≤1mm），不宜采用阴极电解除油，而是采用阳极电解除油、化学除油或超声波除油，也可以选用金属清洗剂除油（效果较好）。
(2)对弹性紧固件不宜采用强酸腐蚀，而是采用喷砂或喷丸等处理方法达到净化、活化表面目的。必须进行酸洗活化处理时，选用盐酸较硫酸为好。注意掌握酸洗时间不宜过长（每次控制30-60s），以多次短时间比长时间酸洗效果好。
(3)应选择氢脆性较小的镀锌电解液，一般而言，禄化物型镀锌电解液相对析氢较少，产生氢脆的可能性也小；而氰化物镀锌电解液析氢、渗氢较多，产生氢脆的机率也较大。
(4)采用有效的驱氢工序驱散渗氢，减少氢脆应力。驱氢温度一般为190-230℃，驱氢时间6-8h。在电镀锌后钝化前2h内进行，停留时间越短越好。
为了研究或防止氢脆，需要对金属的氢脆情况进行测试，以获取相关信息。测试氢脆的方法有好几种，常用的有往复弯曲试验和延迟破坏试验。
(1)往复弯曲试验往复弯曲试验对低脆性材料比较灵敏，可以用来对不同基体材料在经过相同的电镀工艺处理后的氢脆程度进行比较，也可以对相同的基体材料银御上的不同电镀工艺的氢脆程度进行比较。这种试验的方法是取一个待测试片，其尺寸规格为：150mm×13mm×15mm，表面粗糙度Ra=16。对试片进行热处理使之达到规定的硬度，然后用往复弯曲机让试片在一定直径的轴上以一定的速度进行缓慢的弯曲试验，直至试片断裂。弯曲方式有90。锋腔岩往复弯曲和180。单面弯曲两种，以前一种方式应用较多，弯曲的速度是06/s。如果是单面弯曲则所取的速度则为013。/s。评价的方法是将弯曲试验至断裂时的次数乘以角度，以获得弯曲角度的总和，其角度总值越大，氢脆越小。
测试时要注意以下几点。
①试片在进行热处理后如果有变形，应静压校平，不可以敲打校正，否则会使试片的内应力增加，影响试验结果。
②为了防止应力影响，电镀前应进行去应力，在电镀后则要进行除氢处理，这时检测的是残余氢脆的影响。
③弯曲试验时所用的轴的直径的选用很重要，因为评价这种试验结果的量化指标与轴径有关，对于小的轴径，则弯曲至断裂的次数就会少一些，具体选用什么轴径要通过对基体材料的空白试验来确定，并且在提供数据时要指明所用的轴径，否则参数没有可比性。
(2)延迟破坏试验延迟破坏试验是一种灵敏度较高的试验方法，适合用于高强度钢制品的氢脆检测。这种氢脆测试也是在试验
机上进行的，所用的试验机为持久强度试验机或蠕变试验机，检测试样在这种试验机上受到小于破坏程度的应力的作用，观测其直到断裂时的时间。如果到规定的时间尚没有发生断裂，即为合格。这种试验需要采用按一定要求制作的标准的测试验棒。并且每次要使用三支同样条件的试样平行做试验，以使结果更为可信。
这种试样的形状和尺寸要求如图2-1，氢脆试样棒示意其中关键位就是处于试样中间轴径最小的地方（直径4．5mm士005mm）。如果有较为严重的氢脆，断裂就从此处发生。试样应先退火后再经车工加工为接近规定尺寸的初件，经热处理达到规定的抗拉强度后，再加工到精确尺寸。试样在电镀前要消除应力，其工艺与电镀件的真实电镀过程相同。镀层的厚度要求在12µm左右。试验所用的负荷是进行空白测试时的75%。如果经过200h仍不断裂，即为合格。
关于紧固件氢脆问题
1、螺纹紧固件氢脆产嫌毁粗生的原因及危害
螺纹紧固件在制造的过程（如：调质（淬火余纯＋高温回火）、氰化、渗炭、化学清洗、磷化、电镀、滚压碾制和机加工（不适当的润滑而烧焦）等工序）和服役环境中，由于阴极保护的反作用或腐蚀的反作用，氢原子有可能进入钢或其他金属的基体，并滞留在基体内，在低于屈服强度（合金的公称强度）的应力状态下，它将可能导致延伸性或承载能力的降低或丧失、裂纹（通常是亚微观的），直致在服役过程或储存过程中发生突然断裂，造成严重的脆性失效。螺纹紧固件，尤其是高强度紧固件经冷拔、冷成形、碾制螺纹、机加工、磨削后，再进行淬硬热处理、电镀处理，极易受氢脆的破坏。导致紧固件氢脆的原因很多，但是电镀处理工序是关键的因素之一。
紧固件由于氢脆产生的脆性断裂，一般发生的很突然，是无法预料的，故这种失效的形式造成的后果是很严重的。尤其是在有芹镇安全性能要求时，减少氢脆的产生是很有必要的，因此，电镀紧固件去除氢脆是一项很重要的工作工作。
2、紧固件易产生氢脆失效危险的情况及特征
A、高抗拉强度或硬化或表面淬硬；
B、吸附氢原子；
C、在拉伸应力状态下。
随着零件硬度的提高、含碳量的增加、冷作硬化程度的强化，在酸洗和电镀过程中。氢的溶解度和因此产生吸收氢的总量也将增加，也就是说零件的氢脆敏感性就越强。直径较小的零件比直径较大的零件氢脆敏感性就强。
3、减少电镀紧固件氢脆的措施
A、加工硬度大于或等于320HV的电镀紧固件，在清洗过程前，应增加应力释放过程；在清洗过程中，应使用防腐蚀酸、碱性或机械方法进行。浸入到防腐酸的时间尽可能的设计为最小持续时间。
B、硬度超过320HV的紧固件在进行冷拔、冷成形、机械加工、磨削后进行热处理工序时，则应符合ISO9587D的规定；
C、应尽可能避免有意引入残余应力办法。如：螺栓、螺钉在热处理后碾制螺纹；
D、经热处理或冷作硬化的硬度超过385HV或性能等级129级及其以上的紧固件不适宜采用酸洗处理，应使用无酸的特殊方法，如：碱性清洗、喷砂等方法。
E、热处理或冷作硬化的硬度超过365HV的紧固件，应采用大阴极功率电镀溶液电镀工艺。
F、钢制紧固件为了进行电镀，表面应经特殊处理，即经最小浸入时间清洗后再进行电镀。
G、选择合适的镀层厚度，因为，镀层厚度的增加，增加了氢释放的难度；
H、以下紧固件产品电镀后必须进行去处氢脆处理：
①、 性能等级大于或等于109级的螺栓、螺钉和螺柱；
②、 硬度大于或等于372HV的弹性垫圈或弹性垫圈组合件；
③、 性能等级大于或等于12级的螺母；
④、 自攻螺钉、自攻自钻螺钉、自攻锁紧螺钉等表面淬硬类紧固件；
⑤、 抗拉强度大于或等于1000Mpa或硬度大于或等于365HV金属弹性夹等紧固件。
4、去的除氢脆措施
去除氢脆的措施实际上就是烘干过程，可以说是为了使氢脆减少到最小，在给定的温度下和规定的时间内，将零件加热的过程。电镀后烘干过程就是将钢中的氢蒸发和不可逆收集而释放氢原子的过程，在标准附录A中给出了烘干过程的详细资料。根据零件的产品品种、几何形状、材料、性能等级或硬度、清洗工艺、镀层种类及电镀工艺的不同，制定的烘干工艺也不同。
去除氢脆时应注意以下几点：
A、不应采用超过零件回火的温度进行烘干；
B、烘干过程应最好在电镀后（最好在一小时内），铬酸盐钝化处理前立即进行；
C、烘干温度在200℃---230℃是合理的，一般采用较低的烘干温度和较长的烘干时间；
D、烘干持续时间在2h—24h内选取，一般8h是烘干持续时间的典型示例。
硬度，物理学专业术语，材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的伍仿硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。
脆度的专业术语应该叫韧性，是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。通常硬度越高的材料相对的韧性也会越差（也就是脆性越大），韧性（脆性）越好相对硬度歼迹就会越低。
扩展资料：
实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
压入法（布氏、洛氏、维氏）测量硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物体压入时所引起的塑性变形的能力。
回跳法（肖氏、里氏）测量硬度，硬度值代表金属弹性变形功能的大小。
刻划法测量硬度，硬度值表示金属抵抗表面局部破裂的腔改纤能力。
参考资料来源：百度百科-硬度
参考资料来源：百度百科-韧性
脆性---表示物质受拉力或冲击时容易破裂破碎的性质,比如铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。
另外说隐大汪一点，金刚石是目前人们发现的仿族最硬的天然物质，但这并非说它不能被砸碎，也不能说它的化学性质是最稳的物质。若拿一个大铁锤猛砸一块金刚石，金刚石照样会碎。而我们所讲的硬度，是指物质之间的表面划痕，即较硬物灶仔质可以在较软的物质的表面上造成划痕，较软物质不能在较硬的物质表面上造成划痕。两种不同质地的物质之间区别孰硬孰软，就是看谁能在谁身上“画上画”，而不是看谁能打碎谁！！
“打碎”问题就是脆性问题。
2、随着硬度的提高，脆性是一直增大的。
脆性是相对于韧性和塑性而言的。对于钢铁等金属材料，其脆性又分为低温脆性（冷脆）和高温脆性（热脆）。还有回火脆性（一类回脆，二类回脆），氢脆，等等概念。
硬度则是材料抵抗外来硬物压入其表面的能力。硬度可分为压入硬度，划痕硬度，回跳硬度几种；一般多指压入薯和宏硬度。
硬度和脆性有相通棚野之处，许多高硬度的材料脆性也高，如玻璃，陶瓷等；但脆性与硬度不是等同关系。例如，一把高质量的宝剑，对打时火光四射，其刃口既无缺痕，也无开裂，可见其硬度和韧性均佳，或者说，它是硬而不脆。作为评价物体属性的一个概念，脆和硬都是相对的。在自然界里，脆而数册不硬的东西就太多了，如固体的水---冰，一般灰铸铁，球墨铸铁等。所以，脆性不等同于硬度，应当是显而易见的。
硬度越大，塑性越弱、慧判韧性越强。这是因为硬度越大，金属的分子间作用力强。
而化学性能烂姿稳定，金属性就弱。
硬度前历改越小，塑性越强、韧性越弱。这是因为硬度越小，金属的分子间作用力弱。
而化学性能活泼，金属性就强。
紧固件热处理后的氢脆现象是什么？应该注意什么？请看中达咨询编辑的文章。
紧固件的氢脆是由于在早期处理过程中有氢原子进入材料内部。多数情况下，紧固件在承受静态拉伸载荷的条件下发生氢脆。在进行高应变速率材料试验，如普通拉伸试验时，不易发生氢脆。氢原子通常向材料中承受三向应力的区域扩散。材料中的应力水平与系统中氢的聚集程度将影响氢扩散到陷阱位置的比例。氢在陷阱位置的聚集将使得材料的断裂应力下降，以致在材料中出现裂纹形成、裂纹扩展及至失效等现象。氢在承受静载的紧固件中的扩散可以通过氢脆断裂前的延迟时间而直接观察到。由于材料的氢脆倾向、材料中氢的总量、氢的扩散比以及旋加应力水平的不同，氢脆断裂时间延迟的变化很大，从几分钟到培卜几天或几周不等。 如果紧固件在处理过程中曾经接触过具有氢离子的环境，它就有可能发生氢脆。在钢发生化学或电化学反应的过程中产生氢的任何处理都将使氢进入材料，从而增加材料的氢脆倾向。汽车工业中使用的钢质紧固件在环境腐蚀、阴极电解除油、酸液去氧化皮、化学清洗、发黑和电镀一类的化学转化膜处理条件下，都将与活性氢原子直接接触。由于电镀处理过程将产生氢，其对钢制紧固件氢的吸收所起作用最大。电镀过程中吸收氢的总量在很大程度上取决于电镀液的效率。总的来说，高效电镀处理产生的氢比低效电镀处理产生的氢要少。电镀滚桶中电镀液装载量的过多或过少等因素将对电镀处理的效率产生很大的影响。 其它与钢作用时产生氢的过程，如酸洗、热处理后去氧化皮或镀前处理，其影响也都是不容忽视的。John-son的研究很好地描述了浸入酸液对钢的韧性的影响。紧固件处理过程中对氢的吸收是累积性的。单一的某种处理引入零件的氢或许不足以导致氢脆，但多种处理引入零件的氢的累积却有可能导致氢脆。 电镀或清洗过程中氢吸收的不利影响可在电镀后的加热处理（通常是指烘烤）过程中予以消除或减轻。氢脆危害的严重程度通常取决于紧固件的强度级别和/或冷加工状况。Troiano曾经给出过失效时间与氢含量及烘烤时间之间的关系。通过烘烤，材料中氢的聚集减轻，失效时间和较低的临界应力水平则得以延长和提高。这里，临界应力水平是指低于其下就不会发生氢脆的应力水平，类似于疲劳极限。 烘烤时间是否足够主要取决于材料的硬度级别、电镀过程、镀层类型和镀层厚度。经电镀处理的较低硬度水平（≤35HRC）的紧固件一般应至少烘烤4小时；同样的镀层，但硬度水平较高（≥36HRC）的紧固件一般应至少烘烤8小时。曾有建议指出硬度在31~33HRC之间的紧固件应烘烤8小时；硬度在33~36HRC之间的紧固件应烘烤10小时；硬度在36~39HRC之间的紧固件烘烤12小时。硬度在39~43HRC之间的紧固件应烘14小时。烘烤工艺的制订应同时考虑到紧固件的硬度水平与镀层类型。
镀层在一定程度上可以起到氢扩散障碍的作用，这将阻碍旅运氢向紧固件外的扩散。一般来说，氢透过疏松涂层向紧固件外扩散比透过致密涂层向外扩散要容易。镀锌层与较致密的镀镉之间即有这种差别。为了使尽可能多的氢扩散出材料，有必要采取更长的烘烤时间。AWGrobinJr认为，当镀层的厚度超过配镇穗25μm时，氢从钢中扩散出去就将比较困难。在这种情况下，镀锌层就成了氢扩散的障碍。可以认为，在这种情况下进行烘烤处理实际上使氢重新分布到了材料中的各个陷阱位置。 紧固件的氢脆失效的汽车工业中早已引起了人们的广泛关注。这种失效不期而至，给汽车公司和紧固件供应商增加了很大的负担，不仅使其在经济上蒙受损失，而且还对公司的用户满意度以及汽车的安全性构成威胁。 防止紧固件的氢脆失效在汽车工业中日益受到重视。遭受氢脆危害的紧固件可在实际应力远低于材料抗拉强度的条件下，于装配后的数分钟内发生早期失效。在汽车装配车间，紧固件的氢脆失效将使生产效率大大降低。对有潜在氢脆失效率危险的汽车必进行逐一检查，并使用新的可靠的紧固件替换所有可疑的紧固件，而更换紧固件将耗费大量时间。更换氢脆破坏的紧固件对于汽车制造商和紧固件制造商都将是不小的负担。
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