螺丝表面出现氢脆裂纹是如何产生的

高强度紧固件在电镀、酸洗等处理后，经常会出现延迟开裂，也就是氢脆裂纹。氢脆裂纹不同于普通受力断裂，它往往在装配完成一段时间后突然发生，没有明显预兆，属于非常危险的紧固件失效形式。很多现场人员容易把氢脆裂纹当成材料缺陷，二者的形成机理有本质区别。

一、氢脆产生的主要原理

氢脆，简单来说就是氢原子渗入钢材内部引发的脆性开裂。在酸洗除锈、电镀锌、磷化等表面处理过程中，溶液会发生化学反应，产生大量氢原子。氢原子体积很小，可以穿透钢材表面，渗入螺栓基体内部并聚集在晶界、夹杂物、螺纹根部等应力集中位置。 当螺栓拧紧施加预紧力后，内部聚集的氢原子会降低钢材原子间结合力。在拉应力共同作用下，材料韧性急剧下降，慢慢产生微裂纹，裂纹持续扩展很终发生断裂。氢脆属于延迟断裂，裂纹可能在几小时甚至数天后才显现。

二、诱发氢脆裂纹的主要因素

1. 表面处理工艺带入氢元素

酸洗是很主要的来源之一，钢材浸泡酸液去除氧化皮时会析出氢；电镀锌、镀镉工艺，电镀槽电解反应持续产生氢原子。普通发黑、热镀锌产生氢脆风险相对更低。高强螺栓强度越高，对氢越敏感，10.9 级、12.9 级紧固件氢脆风险远高于 4.8 级、8.8 级。

2. 应力集中加速裂纹萌生

螺纹根部、螺栓头部与杆部过渡圆角是应力集中点，氢原子容易在此聚集。拧紧产生的预紧拉应力，是裂纹扩展的必要条件。应力越大，氢脆开裂的速度越快。如果螺栓存在加工刀痕、磕碰划伤，会进一步放大应力集中，更容易出现氢脆裂纹。

3. 除氢烘烤不到位

电镀后的高强螺丝，必须在规定温度下进行烘烤除氢，把渗入钢材内部的氢释放出来。如果烘烤温度不够、保温时间不足，或者省略除氢工序，残留在内部的氢无法排出，后续装配后大概率出现氢脆开裂。

三、氢脆裂纹特征区分

氢脆裂纹一般起源于螺纹牙底、圆角位置，裂纹形态细密，呈脆性断裂，断口平整，几乎没有塑性变形。和过载拉断不同，过载断裂会有明显颈缩；疲劳裂纹是反复振动载荷造成，断口可见疲劳纹路，可以以此区分。

总结

螺丝氢脆裂纹的产生，是氢原子渗入基体、材料高强度敏感特性、外加拉应力三者共同作用的结果。酸洗与电镀工艺是氢的主要来源，高强紧固件必须配套除氢烘烤工序。在选用高强度镀锌螺丝时，要严格把控热处理与电镀后除氢工艺，同时避免螺纹表面损伤，降低氢脆失效带来的安全隐患。

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