紧固件 钢制紧固件氢脆基本原理.docx

《紧固件 钢制紧固件氢脆基本原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《紧固件 钢制紧固件氢脆基本原理.docx（24页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、ICS21.060.01CCSJ13GS中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z411172021/ISO/TR20491：2019紧固件钢制紧固件氢脆基本原理Fasteners-Fundamenta1.sofhydrogenembritt1.ementinstee1.fasteners(ISOTR20491：2019,IDT)2022-07-01实施2021-12-31发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会c,士T3*j4缩珞语353女到安铝条件aN眼失效条归91软脆失效的IS本原闪和原发刀5K5q4隔孑WQ11热浸缴锌-热冲击的影响1214?1315烘塔143a*15-AA.三

2、A-.刖S本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起范规则3的规定起草.本文件等同采用ISO/TR20491:2019紧固件钢制紧固件氢能基本原理，文件类型由ISO的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件.请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的击任.本文件由中国机械工业联合会提出.本文杵由全国黑固件标准化技术委员会(SAC/TC85)归口.本文件起SE单位：中机研标准技术研究院(北京)有限公司、东风商用车有限公司东风商用车技术中心、舟山市7412工厂.皆亿实业股份有限公司、山东高强番固件有限公司、上海申光高强度显楼有限公司

3、、浙江海力股份有限公司.上海高强度螺检厂有限公司、中船fit工海为郑州高科技有限公司、宁波九龙紧固件制造有限公司、宁波宁力高强度紧固件有限公司、机械工业通用库部件产品质量监霸校测中心、湖南申亿机械应用研究院有限公司.北京国网京达科技发展有限责任公司、无锡市标准件厂有限公司、变州天力紧固件有限公司、徐用瑞达高强度紧固件有限公司.奉州市环星不精钢有限公司.本文件由全国紧固件标准化技术委员会负去艇释.高强度钢制紧固件一般指抗拉强度(Rn)超过100OMPa的常固件,常裱用于如桥梁.发动机,航天器等歪要部位，这些部位案固件的失效可能会带来灾难性的后果.预防失效和氧腌(HE)风睑营理是整个紧固件供应链需

4、要考虑的根本性问题，相关环节包括:钢厂、紧固件制造商、去面涂覆供应商、应用工程帅、连接设计者直至最终用户.氢境研究已有数十年,然而，这一现象的复杂性和众多的变量使得紧固件故障的发生是不可预测的.相关研究通常是在简化和/或理想条件下开履的，其结论难以转化为紧固件工业标准或实践中具有指导意义的生产技术.此外,不同规危标准之间的差异，有些要求不充分,有些要求过于严格，导致慵况更为短杂.紧固件工业标灌中的不一致，甚至相互矛盾，导致了许多就念混淆和本可以避免的膜固件失效.氢的经常被搐误地看作是失效根源，而不是作为一种失效机理就反映了这种概念的泯淆.紧固件钢制紧固件氢脆基本原理1范因本文件从专业技术角度，

5、简要而完整地介绍了有关氢能的最新知识.本文件适用于纲制麻固件.2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件.3术语和定义下列术语和定义适用于本文件.3.1硬度hardness金属对型性变形的P目力，通常由固体(表面或芯部)的压痕或穿透表示.3.2加工硬化workhardening当金典在室IS下塑性变形(通过轧制、拉道、拉伸、浪丝、钺头、挤压等)时,强度和硬度(3.1)提高,而延展性降低的现象.3.3然效理heattreatment采用适当的方式对金属材料或工件进行加热,保温和冷却以获得预期的组妲结构与性能的工艺.注：家IS件热处理包括怛不椒于海文1回火.退火.表面鹿化和去应力.来源：G8/T72

6、322012,2.13.4淬火并回火quenchingandtempering;QT将工杵加热奥氏体化后快速冷却获得马氏体(或贝氏体)组织，再营新加热到基一温度并保持一定的时间后冷却到室温,以荻得预期的物理或机械性能的热处理(3.3)工艺.3.5表面映化case-hardening由渗碳或核氮共渗和淬火组成,使纲制紧固件的表面硬度(3.1)增加的化学热处理工艺.注一此工2用于白双螺灯自济IeO和白拈自ISiJ灯等.3.6去应力stressre1.ief通过将疥固件加热到适当温度并保持一定时间，然后裳僵冷却的热处理(3.3)工艺，以减少因加工硬化(3.2)引起的残余应力.3.7烘婚baking紧

7、固件在规定湿度、时间下加热,以减少内因理氢脆(3.15)风险的过程.来源：GB/T3099.320173.4.113.8裂纹crack开始发生断裂(3.10)尚未完全分需.3.9失效fai1.ure案固件丧失执行特定功能的能力，在某些情况下可能导致完全断裂(3.10).3.10断裂fracture在试玲或使用过程中，当筋固件的也性变形局部增加超过其圈力极限时发生破坏，导致携固件分离成两个或多个部分.3.11断口形貌fracturemorpho1.ogy断裂面结构及形态.3.12延展性ducti1.e断裂(3.10)前产生大量的理性变形,断口不平整，呈现典型的粗错.无光泽的纤维状韧窝形貌.3.1

8、3腌性britt1.e断裂(3.10)前没有或几乎没有塑性变形,断口平整,呈现出典型有光泽的晶体学平面或晶粒的外形.注1：沿第理三J的蛇性断裂称为穿加浙目.注2在嬴始奥氏体晶界分痛的怆性断裂称为沿晶断裂.3.14氮8%hydrogenembritt1.ement;HE金属在原子氢与外加载荷导致的应力和/或内部残余应力的共同作用下造成延展性永久损失，在一定时间后可畿导致脆性(3.13)断裂(3.10).注在圈述高克度钢制蒙IS件加脆的上下文中.星指加屐子而不U分子.来源：GB/T3099.3-2017,3.4.9,有修改1.1 IS内因型氢脆interna1.hydrogenembritt1.e

9、mentJHE制造过程中残余的原子氢造成的脆变，导致紧固件在拉应力(外加荷我和/或残余拉应力)状态下的脆性延迟断裂.来源：GB/T3099.32017.3.4,103.16环境型氢腌evirometa1.hydrogenembritt1.ement;EHE从服役环境中吸收氯原子引起的变，导致累固件在拉应力(外加栽荷和/或残余拉应力)状卷下的提性延迟断裂.来源:GB/T3099.32017.3.4,133.17氢梃值应力hydrogenembritt1.ementthresho1.dstress不发生细施(3.14)的临界应力，表征钢对特定期含量的敏感程度.3.18应力腐蚀开裂stresscor

10、rosioncracking;SCC环境型氢脆(3.16)的一种类型.使用期间,在腐蚀产生的氢和载荷诱发的拉应力复合作用下发生.来源:GB/T3099.32017,3.4.14,有修改】3.19氧扩散hydrogendiffusion在钢显袋组织中，氢原子的以及与构成氢陶阱的冶金特征(第裂纹、位错、析出相、夹杂物、品界等)之间的交互作用.氢坞阱分为不可逆陷讲(具有S结合能，程放氢原子的快率低)和可逆陷阱(结合能较低，氯原子更容易被程放).3.20氢逸出hydrogeneffusion在室温下受浓度梯度躯动，或在高温下受热驱动【如堪培(3,7),氢从紧固件材料中向外迁移，4缩略语下列缩略语适用于

11、本文件.EHE:环境型氨脆(EnVirOnmentaIHydrogenEmbritt1.ement)HAe:氯促进开裂(HydrOgenAssistedCracking)HE：氢脆(HydrOgenEmbritt1.ement)HE1.P：5RiS强局部SS性(HydrOgenEnhanced1.ocaIPIasticity)HIC：氢致开裂(HydrOgenInducedCracking)IHE：内因型Si脆(Interna1.HydrogenEmbritt1.ement)SCC：应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking)5镇脆一般描述一般来说，根据氢的来源，敏据可分为两

12、大类：内因型筑器UHE)和环境型SUe(EHE).内因型SI脆是由在炼钢和/或加工(酸洗和电镀)等工艺过程中残留在材料内部的氢导致的.环境型氢境是由来自外部的氢在应力作用下导致的，如服役中的紧固件.应力腐蚀开裂(SCC)与作为表面腐蚀副产痣的氢衩钢制紧固件吸收而发生的环境型氢境(EHD有关.阻板敏吸收是应力鹿蚀开裂(SCC)的一部分.阴极显吸收发生在锌或镉等金属涂层作为栖性阳极保护钢制紧固件免遭锈蚀的情况.如果钢基体然露于环境介质中，显露的钢基体表面在发生还原反应的同时，也将导致氢的吸收，从而使得含氢量明显高于未涂覆纲制案固件.“去脆化和再脆化两词也用于航空航天领域,但这种说法在技术上是不正确

13、的，因为脆化是不可逆的.去脆化拔错误地用于描述燃烟的效果，再脆化被错误地用于描述在版役环境或使用维护清洗液时吸收氢的影响.6氮损伤机理商强度钢的广义定义是抗拉强度(R1.I)超过1OoOMPa.高强度堀承受拉应力时，如高强度紧固件承受拧紧产生的拉伸我荷时，应力将导致钢中的氢原子扩散(迁移)至最大应力处(如第一扣旋合线纹或麒栓头下囱弧).随若氮在这些位置的聚集，通常延展性较好的钢会逐渐变脆.最终，某些位翼上应力集中和氨的SS集将导致呈促进(脆性)律观开裂.皂Kfi若张开裂纹尖端的扩展而迁移，导致施性微观开裂继续怛长，曰到紧固件过载并E终断裂.这种现象通常都为SI促进开裂(HAe)或S1.致开裂（

14、HIC）,上述氢损伤机理导致器固件在明显低于累固件抗拉强度的应力条件下出现失效3.描述理想条件下氨损伤机理的理论模型从1960年即已开始被提出，.对于高强度钢，这些模型主要甚于两个互扑理论：脱附理论”和氢增强局部重性理论（HE1.P）.考虑到氢脆现象的红杂性，氨损伤模型仍在不断发展和完?5；”.负损伤理论的深入研究超出了本文件冠围.详细信息在参考文献中列出.氢”陷阱”指的显微蛆织中可与氢原子结合的冶金特征,如晶界、位锚.析出相、夹票等.氢被吸对于陷阱中，从而不能自由犷散（迁移）至与氢促进开裂（HAc）相关的高应力区域.根据结合能的高低，氢陷阱通常分为可逆陷阱和不可逆陷阱.可逆陷阱的特征是结合能低，氮更容易从可逆陷阱中释放.不可逆陷阱的特征是结合能高，Jft需要较高能（例如热畿或应力场）才能从不可逆陷阱中程放.陷阱位Bt以外的氢原子可以在金局点阵间自由移动，称作活或氢原子，也被称作间隙氢琼子或扩散氢原子:7断口形貌对于淬火并回火的1强度钢制紧固件，氢促进开裂（HAC）的断口特征通常具有裂纹沿晶界扩展而导致的蜡性沿品形猊（见图1）.断口表面形猊会随着材料的敏感性与脆化程度而改变.盘面清晰（如：尖锐和棱角特征）和/或脆性区相对于塑性区比例高是脆性程度高的特征.图1所示断表面为IO0%沿晶.材料敏感性较低时，可能出现含有沿昌和