“氢脆”是什么？为什么一艘好好的油轮会因为它突然断成两半？

“氢脆”是什么？为什么一艘好好的油轮会因为它突然断成两半？下面就我们来针对这个问题进行一番探讨，希望这些内容能够帮到有需要的朋友们。

1943年1月16日夜里，从美国俄勒冈州的天鹅岛造船厂里传来一声巨响，让大家 吃惊的是，响声由来居然是停靠港口旁的一艘货轮，它才刚竣工十几天，却在这个晴空万里的夜里，毫无征兆地断变成两截。

而这还没有一个不经意的事情，二战期间，美国大概有1500艘自由轮发生了明显的缝隙，要了解，那时候一艘自由轮的工程造价在200万美金上下，这驱使着政府部门下手调研，为何认真的船壳会忽然破裂呢？

想知道这个问题的回答，还得从20世际初的焊接技术聊到，那个时候，电弧焊接早已发展趋势到了实用阶段，美国造船厂逐渐用这类焊接方式，取代了传统式的铆合，这样一来，造船业的时间和人力成本都大幅度降低，仅用4年时间，美国18个造船厂就生产制造出了2710艘自由轮，但那个时候，大家 还不知道，有一个风险早已偷偷渗透到，它也是大家了解的氢元素。

在电焊焊接操作过程中，小小氢原子会钻入金属材料里，产生氢分子，他们集聚在金属材料的晶体周边，毁坏原来的构造，使其胀大变脆，在里面产生细微的裂痕，大家 把这种情况称之为“氢脆”。

实际上，早在1875年，生物学家道恩强森就发觉，把本来弯曲好几回才可以弄断的铁材，放入醋液里侵泡一会儿，一下就能断裂，这是由于醋液中的氢融解到了铁中，使它越来越更脆，但很遗憾，虽然过去140很多年，大家 早就观念到了氢脆的不良影响，但氢就仿佛象群中的小蚂蚁一样，可以在间隙中肆无忌惮地穿行、蔓延，让专家无法捕获。

因此，针对“氢脆状况”，现阶段既没有全方面确切的表述，都没有预测分析的方式，能做的仅有好好地防止，例如减少酸洗钝化时间，在电焊时应用“低氢焊丝”，对不锈钢地脚螺栓开展蛋糕烘焙这些，而除开金属材料破裂引起的恶性事故，氢脆也影响了氢能的发展趋势，例如以前讲过的“氢能源电池车辆”，它就随身带着氡气罐，假如这一氡气罐是金属材质长期性储存，那难道不是变成了一个“不定时炸弹”吗？

1988年，法国里昂周边一个3000升的金属材料氡气罐发生爆炸事故，蔓延到到了周围500里内的群众，后经调研发觉，恰好是“氢脆”捣的鬼。

不难看出，无论是维护早已生产好的金属制造，或是发展趋势将来的清理的电力能源，还必须生物学家门在“氢脆”中持续探寻，终究氢的性子，相比大家想的大的多。

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0.60%-0.70%，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0.001%-0.100%，而铁碳合金吸氢在0.1%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×1.5mm，表面粗糙度Ra=1.6。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。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0.6./s。如果是单面弯曲则所取的速度则为0.13。/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0.05mm）。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12&microm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。

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