什么是螺栓和螺钉的氢脆?

诺沃斯蒂

 什么是螺栓和螺钉的氢脆? 

2026-05-28

简介

氢脆 (HE) 是高强度螺栓、螺钉、螺母和其他紧固件中最严重但经常被忽视的失效模式之一。即使在远低于紧固件额定容量的负载下,它也会在拉伸应力下导致突然的脆性断裂。对于在严苛应用中依赖螺纹紧固件的工程师、采购团队和质量经理来说,了解 HE 至关重要。

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什么是氢脆?

当原子氢穿透螺栓或螺钉的金属晶格时,就会发生氢脆。氢原子扩散到钢的晶界中,降低延展性和断裂韧性。结果是:紧固件看起来完好无损,但在持续负载下可能会毫无征兆地破裂。

主要事实

  • 对高强度钢螺栓(8.8、10.9、12.9级及以上)影响最严重
  • 可能发生在电镀、酸洗、酸洗或暴露于腐蚀性环境期间
  • 通常在组装后数小时至数天内出现——通常称为延迟性骨折
  • 在突然故障之前不会留下明显的警告信号

紧固件中常见的氢源

工艺流程 风险等级 注释
电镀(锌、镍) 阴极表面产生氢气
酸洗/除垢 长时间暴露在酸中会使 H 渗入钢中
紧固件附近的焊接 中等 电弧焊释放氢气
腐蚀性使用环境 中等 H2S、水分加速吸收
达克罗 / Geomet 涂层 水基,无氢参与

注:达克罗和类似的水性涂层技术被广泛推荐作为高强度螺栓和六角螺栓传统电镀的无氢脆替代品。

哪些紧固件面临的风险最大?

  • 高强度六角螺栓(M8-M36,10.9 / 12.9 级)
  • 用于桥梁、重型机械和风塔的结构螺栓
  • 扭矩关键型接头中的法兰螺栓和内六角螺钉
  • 任何硬度 >= 32 HRC 的螺纹紧固件

低强度螺钉和螺栓(4.8 / 6.8 级)由于延展性较高,通常不易受影响。

如何防止氢脆

1.选择合适的表面处理

高强度螺栓避免电镀。选择:

  • 达克罗涂层——零氢风险,优异的耐腐蚀性(480-1000+小时盐雾)
  • 吉美/路旭宝涂层 — 符合 RoHS 标准,不含六价铬
  • 热镀锌——适用于8.8级以下结构螺栓

2. 镀后烘烤(去脆化)

如果电镀不可避免,请在电镀后 4 小时内将紧固件在 190-220 摄氏度下烘烤 8-24 小时,以赶出残留的氢气。这是 ASTM F1941 和 ISO 4042 标准所要求的。

3. 明确标准

采购螺栓和螺钉时,请参考:

  • ASTM F606 — 外螺纹紧固件的机械测试
  • ISO 15330 — 螺栓和螺钉的 HE 测试
  • ASTM B633 / F1941 — 具有 HE 浮雕要求的电镀标准

4. 控制紧固扭矩

扭矩过大会加速易受 HE 影响的螺栓中的裂纹萌生。使用经过校准的扭矩扳手并遵循制造商的规格。

如何检测氢脆失效

  • 断口分析:SEM 下的晶间断裂模式(与正常失效中的延性韧窝断裂相比)
  • 持续负载测试:根据 ISO 15330 — 施加 75% 的验证负载 48 小时,检查是否有裂纹
  • 慢应变率测试 (SSRT):量化 HE 敏感性指数的实验室测试

总结

因素 详情
受影响最大的紧固件 高强度螺栓和螺钉(10.9、12.9级)
主要原因 电镀或酸处理时吸氢
故障类型 持续拉伸载荷下的延迟脆性断裂
最好的预防 达克罗 / Geomet 涂层或镀后烘烤缓解
主要标准 ISO 15330、ASTM F1941、ASTM F606

氢脆是一种可预防的故障模式。指定正确的表面处理(尤其是达克罗涂层螺栓和 Luxubao 涂层螺钉)是消除关键组件中 HE 风险的最简单、最具成本效益的方法。

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  • 防腐紧固件套件 - 可提供定制规格

由 FUJINRUI Metal Products 出版——面向全球市场的防腐紧固件和表面处理螺栓专家。

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