隨著重工業的發展，高強度緊固件的應用范圍越來越廣泛，高強度緊固件不僅能有效減少裝配位置，還能減輕生產主體的整體重量，有著不可取代的地位，但高強度緊固件產生氫脆是不容忽視的重要問題，氫脆斷裂具有不可預估性與延遲性，因此對高強度緊固件進行檢驗評估，是減少氫脆風險影響的方法之一。  

氫脆的特征及開裂原理

1 氫脆的特征及分類

由于氫脆斷裂的延遲性和隱蔽性，事先難以通過常規檢查發現螺栓是否會發生氫脆斷裂，所以其危害性比較大。氫脆主要可以分為兩類，一類是材料在進行加工前內部已經存在開裂，經過加工后受到外力影響而加速開裂，常見的第一類氫脆有氫腐蝕、氫鼓泡等，此類氫脆的產生是不可逆的，無法通過去除氫來修復材料。第二類氫脆是在進行加工前并不存在開裂現象，但加工后受到外力的作用下而逐漸形成裂紋，此類氫脆一般具有可逆性，可以通過除氫來修復材料。

氫脆是指溶于鋼中的氫聚合產生應力，導致鋼內部形成裂紋的延時斷裂現象，具有應力腐蝕特征，在室溫下敏感性最高，且敏感性隨著應變速率的增加而降低，氫脆裂紋的產生一般產生在金屬內部，呈不連續性。 

2 氫脆的開裂原理

氫脆的開裂主要是由于氫進入金屬內部引發的腐蝕性斷裂，最典型的氫脆斷裂理論有弱鍵理論、氫降低表面理論、氫壓理論、氫促變形理論等，在螺栓中，氫通過擴散匯聚到螺栓的冶金缺陷處，如氣孔、夾雜、微裂紋等，并結合成氫分子，對于不同的材料及檢測手段，可以用不同的開裂原理進行解釋。 

高強度緊固件氫脆檢測方法 

氫脆具有極大的危害性，對氫脆風險進行檢測評估，能夠有效預防及避免氫脆帶來的危害，氫脆的檢測方法主要分為兩類，一類是測定金屬中氫的含量，判斷氫脆風險；另一類是運用力學進行檢測，如平行面支撐法、彎曲試驗、應力持久法等。

1 氫含量測試法

此類方法主要是測定金屬中氫的含量，通過控制生產過程中的氫含量來控制氫脆的產生，一般有物理檢測法、電化學檢測法、氣泡法以及惰性氣體熔融熱導池檢測法等。 

(1) 物理檢測法：使用儀器對金屬內氫進行探測，檢測依據國內外發布的通用標準進行判定。 

(2) 電化學法：通過儀器測定氫在電解質溶液中陽極中電流情況，來判定氫脆風險。 

(3) 氣泡法：將裝有凡士林的燒杯進行加熱，沸騰后維持5~6 min以完全去除水分，再將金屬零件置于其中，若在10 s內有起泡出現，則證明零件含有氫，但無法確定氫的含量。 

(4) 惰性氣體熔融熱導池檢測法：一個小型的、一次使用的石墨坩堝中的金屬試驗在一個流動的載氣氣氛中被熔化。試樣中出現的氫以氫氣分子的形式進入流動的氣流中。氫氣從其它分解出的氣體（如一氧化碳）中分離出來，并最終在熱導池檢測器中測得其含量。 

(5) 應力持久法：基于氫脆的基本原理，存在氫脆傾向的高強度鋼及其制品，在小于正常拉斷力的持續作用下，會發生氫脆斷裂。

2 力學檢測法

(1) 平行面支撐法：試驗應在相適應的夾具上進行，試驗夾具的硬度應該大于 45 HRC，取螺栓或螺釘按照圖1~4所示進行裝夾，緊固件承受的應力應在其屈服點以內或者在破壞扭矩范圍內，將試驗配件夾好后保持載荷不變持續48小時，并進行檢測，每隔一天扭動夾具回到初始應力處，并檢測金屬配件是否受到破壞。

(2) 缺口圓棒拉伸試驗：缺口圓棒拉伸試驗是最常用的判斷方法，是指對試樣缺口進行75%拉伸后保持200小時后無斷裂則無氫脆風險，若無斷裂則不斷加重載荷，直至90%的最小抗拉強度。氫脆風險隨著慢應變速率增加而減小。

(3) 彎曲試驗：對不同試樣設置不同彎曲角度，不同材料在不同角度時氫脆敏感性也不同，一般來說，角度越小則敏感性越高。 

(4) 逐級加力法：此種方法是測定臨界值的方法，通過降低加力的速率來增加裂紋的產生，以此來判定氫脆產生的臨界值。 

(5) 應力持久法：此方法是對試樣施加持續一定時間的應力，是氫脆檢測的傳統方法。

氫脆檢測流程及設備

1 氫脆試樣準備

進行氫脆試驗前，要準備好進行試驗的螺栓或螺釘，且保證所有螺栓或螺釘是出自同一制造廠使用相同材料制造的，進行實驗前，將螺栓或螺釘處于常溫下保存，減少外界環境對試驗的影響，將螺栓或螺釘浸入酸性液體中進行滲氫處理。 

2 氫脆的檢測

螺栓、螺釘氫脆的檢測一般使用平行支撐面法、應力持久法進行測定。將螺栓或螺釘置入試驗夾具中，不同形態的螺栓或螺釘要使用不同的夾具裝夾，高強度緊固件承受應力應該在其屈服點以內或破壞扭矩的范圍內。保持施加的應力48小時以上，每間隔24小時，可以將試驗夾具調回初始應力，觀察是否產生氫脆，通過應力-時間圖來判定氫脆的臨界值。 

3 氫脆的風險評估

對存在氫脆風險的高強度緊固件，采用慢應變拉伸檢測其拉伸強度，分析斷裂的情況。對氫脆的風險評估可以使用應力持久結合金相法評估法、疲勞試驗評估法。當氫含量增加到一定量時，慢應變拉伸對配件的拉伸強度、斷裂尺寸等會產生較明顯的影響。進行評估時要控制好拉伸速率，并對斷口進行特征分析，使用慢應變拉伸可以快速判斷氫脆是否存在風險。 

4 常用檢測設備

進行氫脆檢測，一般可以使用電子顯微鏡、高頻疲勞試驗機、應力持久試驗機、定氫儀，電子顯微鏡能夠直接觀察到高強度緊固件的表面結構及組織架構，高頻疲勞試驗機可以繪制變化曲線，以確定氫脆發生的臨界值，應力持久試驗機可以通過改變應力來改變測試條件，定氫儀可以測量緊固件或材料中的氫含量，以此來進行氫脆風險的測定。

結語

本文通過分析氫脆產生的原理及斷裂的原理， 總結了氫脆檢測的常用方法，但使用這些方法進行檢測并不能有效降低氫脆的發生率，因此，應當將多種方法結合起來進行檢測。針對不同應用場所及不同材料的高強度緊固件，應使用不同的檢驗方法進行判斷。

進行檢測前，要做好試樣準備，選取相同材料的試樣，并妥善保存以備試驗，進行試驗時，首先要確定緊固件氫脆的臨界值，隨后進行檢測評估。綜合檢測氫脆的方法，可知氫脆發生需要兩個必要的條件，一是材料中含有一定的氫；二是材料受到一定的應力，兩者兼備時，才會形成氫脆。 

采用滿應變拉伸或者應力持久結合金相分析，能夠更好的評估氫脆風險，減少氫脆的檢出時間。氫脆受到多種因素的影響，除去兩個必要條件，在實際檢測中，還需要考慮環境、溫度及高強度緊固件置入試驗夾具的方向、速度等，此外高強度緊固件的加工方法等也存在一定影響，因此，在實際檢測中要考慮多種因素，觀察各個因素影響結果曲線進行綜合分析。

高強度緊固件氫脆風險檢測能夠有效減少氫脆的影響，但并不能完全消除影響，因此，了解氫脆斷裂的機理，掌握氫脆斷裂的規律，可以采取避免、消除氫脆的措施進行預防，常見的預防措施有減少金屬中滲氫數量、鍍低氫溶解度的涂層、去應力及除氫等。此外可以使用酸洗、涂油、磷化、表面鍍鋅等處理除氫，綜合使用預防、除氫、檢測手段來減少氫脆的影響。