金属氢脆原因及解决办法.docx

1、一、氢脆1.氢脆现象氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件，在装配之后数小时内陆续发生断裂，断裂比例达40%50%。某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂，曾组织过全国性攻关，制订严格的去氢工艺。另外，有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象，例如：电镀挂具（钢丝、铜丝）由于经多次电镀和酸洗退镀，渗氢较严重，在使用中经常出现一折便发生脆断的现象；猎枪精锻用的芯棒，经多次镀铬之后，堕地断裂；有的淬火零件（内应力大）在酸洗时便产生裂纹。这些零件渗氢严重，无需外加应力就产生裂纹，再也无法用去氢来恢复原有的韧性。2.氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内

2、部的氢向应力集中的部位扩散聚集，应力集中部位的金属缺陷多（原子点阵错位、空穴等）。氢扩散到这些缺陷处，氢原子变成氢分子，产生巨大的压力，这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力，组成一个合力，当这合力超过材料的屈服强度，就会导致断裂发生。氢脆既然与氢原子的扩散有关，扩散是需要时间的，扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。因此，氢脆通常表现为延迟断裂。氢原子具有最小的原子半径，容易在钢、铜等金属中扩散，而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。镀镉层是最难扩散的，镀镉时产生的氢，最初停留在镀层中和镀层下的金属表层，很难向外扩散，去氢特别困难。经过一段时间后，氢扩散到金属内部，特别是进入

3、金属内部缺陷处的氢，就很难扩散出来。常温下氢的扩散速度相当缓慢，所以需要即时加热去氢。温度升高，增加氢在钢中的溶解度，过高的温度会降低材料的硬度，所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择，必须考虑不致于降低材料硬度，不得处于某些钢材的脆性回火温度，不破坏镀层本身的性能。二、避免和消除的措施1.减少金属中渗氢的数量在除锈和氧化皮时，尽量采用吹砂除锈，若采用酸洗，需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂；在除油时，采用化学除油、清洗剂或溶剂除油，渗氢量较少，若采用电化学除油，先阴极后阳极；在电镀时，碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。2.采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层一般认为，在电镀 Cr、Zn、Cd、Ni、

4、Sn、Pb 时，渗入钢件的氢容易残留下来，而 Cu、Mo、Al、Ag、Au、W 等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度，渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下，可采用不会造成渗氢的涂层，如达克罗涂覆层可以代替镀锌，不会发生氢脆，耐蚀性提高 710 倍，附着力好，膜厚 68um,相当于较薄的镀锌层，不影响装配。3.镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大，镀前应进行回火处理，减少发生严重渗氢的隐患。对电镀过程中渗氢较多的零件原则上应尽快去氢，因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散，其数量随时间的延长而增加。新的国际标准草案规定“最好在镀后 1h

5、内，但不迟于 3h,进行去氢处理”。国内也有相应的标准，对电镀锌前、后的去氢处理作了规定。电镀后去氢处理工艺广泛采用加热烘烤，常用的烘烤温度为 150300，保温 224h。具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。去氢处理常在烘箱内进行。镀锌零件的去氢处理温度为 110220，温度控制的高低应根椐基体材料而定。对于弹性材料、0.5mm 以下的薄壁件及机械强度要求较高的钢铁零件，镀锌后必须进行去氢处理。为了防止“镉脆”，镀镉零件的去氢处理温度不能太高，通常为 180200。三、应注意的问题材料强度越大，其氢脆敏感性也越大，这是表面处理技术人员在编制电镀工艺规范时必

6、须明确的基本概念。国际标准要求抗拉强度105kg/mm2的钢材，要进行相应的镀前去应力和镀后去氢处理。法国航空工业对屈服强度90kg/mm2 的钢件就要求作相应去氢处理。由于钢材强度与硬度有很好的对应关系，因此，用材料硬度来判断材料氢脆敏感比用强度来判断更为直观、方便。因为一份完善的产品图和机加工工艺都应标注钢材硬度。在电镀中我们发现钢的硬度在 HRC38 左右时开始呈现氢脆断裂的危险。对高于 HRC43 的零件，镀后应考虑去氢处理。硬度为 HRC60 左右时，在表面处理之后必须立即进行去氢处理，否则在几小时之内钢件会开裂。除了钢材硬度外，还应综合考虑以下几点：零件的使用安全系数：安全重要性大的零件，应加强去氢；零件的几何形状：带有容易产生应力集中的缺口，小 R 等的零件应加强去氢；零件的截面积：细小的弹簧钢丝、较薄的片簧极易被氢饱和，应加强去氢；零件的渗氢程度：在表面处理中产生氢多、处理时间长的零件，应加强去氢；镀层种类：如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散，所以要加强去氢；零件使用中的受力性质：当零件受到高的张应力时应加强去氢，只受压应力时不会产生氢脆；零件的表面加工状态：对冷弯、拉伸、冷