2 55 3 60 4 65
5 70
6 70 7 80 8 85
9 90
10 95 11 100 12 105
34
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验 分步加载试验的根据是Traiono的试验
图2-20 利用在149℃（300℉）烘烤不同时间所得各种氢浓度下的 持续载荷破断曲线、尖缺口试样、强度水平230ksi，按Traiono 35
Nd
H
氢测定条
NdH2
2H
Nd
H
飞机主起落架装臵（AISI4340) Nd+2H
300℉（149℃），1h
NdH2
测试结果：如果NdH2反应部位是直观（肉眼）可见，局部氢浓度将大于 150ppm；光学显微镜和扫描电镜读数可连续测定从150到1ppm以下（在 1μm的位臵）。光学显微镜到0.01ppm，扫描电镜到0.001ppm。
90%极限抗拉强度下,168h不断为合格。
应力环敏感性试验：
¤ 3个应力环，光亮氰化镀镉，10A/ft2下镀30min，375℉除氢8h， 加载90%σb ，24h内应断裂； ¤ 3个应力环，按DPS9.28松孔镀镉，60A/ft2下镀6min，375℉除氢 23h，加载90%σb ，应该168h不断（ASTM F519规定200h)。 评价： 应力环灵敏度比缺口根部半径为0.003英寸的缺口拉棒试样低；
（1）逐步加载试验
¤ ASTM F519 附录A3 ¤ ASTM F1624 钢的氢脆门槛值 ¤ ASTM F1940 紧固件工艺控制检验
缺口方棒试样 四点弯曲加载
逐渐分步加载
32
二 氢脆试验方法
一航材料院
持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验
图2-19 缺口方棒试样图
33
二 氢脆试验方法
在3.075Mev动能下,7Li离子
与表面的氢原子核反应,生成 第五激发态的8Be
7Li+1H
→
8Be+γ
而8Be由于放射出17.6或14.74Mev 的γ射线而迅速衰减。所放射的γ 射线数量与被探测深度下氢原子核 的数量成正比。依靠控制入射7Li
12 射线的能量，可以改变探测深度。
二 氢脆试验方法
10
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法（延迟破坏试验）
¤ 缺口拉伸试验（ASTM F519) ¤ 应力环试验（ASTM F519) ¤ 紧固件倾斜楔子试验（ASTM B839)
*快速试验方法
¤ 逐步加载试验—ASTM F1624（钢的氢脆门槛值） —ASTM F1940（工艺控制检验） ¤ 慢应变速率试验
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持续载荷试验——快速试验方法
（1）逐步加载试验
表2-4关于快速的（≤24h)分步加载门槛值测定对分布加载曲线的最低要求 %FS #h 10
20 30 40
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh
%FS #h 1
1 1 1
Σh 13
14 15 16
1
1 1 1
1 50
一 氢脆概要
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合金元素 热处理制度 金相组织
高强度钢
氢脆

设计应力 使用应力 加工残余应力 应力集中
静拉应力
可扩散氢

热处理 焊接 表面处理 涂漆
4
一 氢脆概要
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几个概念： 内部氢脆 环境氢脆 可逆性氢脆
不可逆性氢脆
后脆 延迟破坏
持续载荷试验法
----应力环试验(ASTM
F519 2a型试样,ASTM STP543 O型应力环试验)
图2-14 加应力前的应力环试样
图2-15 嵌入了应力棒的应力环
图2-16 不同长度的应力棒
图2-17表明应力和应力环致偏度的关系图
29
二 氢脆试验方法
一航材料院
表2-3
棒的尺寸mm (英寸) 64.1(2.525) 62.4(2.454) 61.3(2.415) 60.6(2.387)
图2-9 HB5067缺口拉伸试样
19
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519）
图2-10 拉力试验机
20
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519）
关注几个问题 1.试验方法的依据，苛刻性，仲裁性； 2.试样的加工是关键；
3.试样的材料问题；
一批试样在用于鉴定或仲裁某一电镀工艺（或其他工艺） 的氢脆性是否合格之前，必须首先检验试样对氢脆的敏 感性，以确认试样的资格。
26
二 氢脆试验方法
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表2-1 当对AISI4340钢的批次进行敏感性试验电镀槽液成分和操作条件
项目 槽液成分: 镉(以CdO) 氰化钠(NaCN) NaCN/ CdO之比 pH 温度 氢氧化钠 4.5 OZ/gal(33.7g/l) 14 OZ/gal(104g/l) 3 12 70-90℉(21-32℃) 2.5 OZ/gal(18.7g/l) 4.5 OZ/gal(33.7g/l) 14 OZ/gal(104g/l) 3 12 70-90℉(21-32℃) 2.5 OZ/gal(18.7g/l) 处理A 处理B
氢脆问题培训
1
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目
录
一 . 氢脆概要 二 . 氢脆试验方法
三 . 低氢脆防护工艺
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一 氢脆概要
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氢脆定义:高强度结构钢在相当低的的使用应力下,由氢所 所诱发的灾难性脆性断裂。 发生氢脆断裂的三个必要条件： 1.钢必须热处理到某种相当高的强度水平。一般来说，随 着钢的强度水平的提高，断裂的时间就减少。 2.钢必须承受某一高于某种最低值的静载拉伸应力。这种 最小应力值取决于钢的强度水平。 3.钢必须含有超过某一最低量的氢，而这种氢必须能通过 钢而自由扩散。 氢脆的发生，就是氢在应力作用下会向应力集中区迁移。 氢以某种方式削弱了钢的内部键合力。当足够的氢聚集时， 裂纹就开始了。高的应力以及氢向裂纹尖端移动，这个过程 3 一直继续到发生断裂为止。
4组 敏感性最低的 5组
7
一 氢脆概要
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一种钢不同强度水平对氢脆的敏感性(图1-2)
8
一 氢脆概要
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氢脆的门槛应力与门槛氢含量的关系(图1-3)
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一 氢脆概要
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减少氢脆危险
1.选材—应选强度级别较高而氢脆敏感性较小的材料 2.设计—应尽可能采用低的热处理水平和最清洁的材料； 零件应尽可能承受低的持续拉伸载荷； 应尽可能减少应力集中的可能性（截面变化等）。 3.热处理—采用表面无氧化、不脱碳、不增碳、不产生内应 力、不变形和不吸氢的工艺（真空热处理、可控 气氛热处理）。 4.表面处理—采用无脆性或低脆性工艺、镀前消除应力、喷 丸强化、镀后长时间除氢、氢脆试验。
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一 氢脆概要
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后脆示意图：
图1-1 .30CrMnSiNi2A钢在3.5%NaCl介质（35℃）中的应力—破断时间曲线
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一 氢脆概要
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钢的强度级别与氢脆敏感性(表1-1)
合金 敏感性最高的 1组 2组 3组 AISI4340(低合金钢） AISI4130(低合金钢） AISIH-11 (低合金钢） 17-4PH(耐蚀钢） AM355 (耐蚀钢） AISI410 (耐蚀钢） 18Ni Maraging (低合金钢） AISI E8740 (低合金钢） 17-7PH(耐蚀钢） 718合金（镍基合金） Waspaloy （镍基合金） Rene’41 （镍基合金） U-212 (耐蚀钢） 抗拉强度（ksi) 260 180 260 200 180 160 260 180 200 180 190 200 180
AISI4340钢，其硬度在HRC=51-53来加工所有试样。
我们没有4340这种材料，所以HB5067规定可采用与零 件相同的材料和热处理状态的试样。我们曾经先后相 应地用过30CrMnSiNi2A,GC-4,300M,AF1410和A100等 钢试样。
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二 氢脆试验方法
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4.试样的敏感性问题
30 比缺口根部半径为0.005英寸的缺口拉棒试样高。
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——紧固件倾斜楔子试验（ＡＳＴＭ
Ｂ３８９）
扭矩法加载至７５％b 级别：４８h不破坏 ９６h不破坏
２００h不破坏
图2-18 ６楔子和平行垫板的例子
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二 氢脆试验方法
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持续载荷试验——快速试验方法
应力棒尺寸
应力kg/mm2 (ksi) 174(248) 147(209) 124(176) 93(132) 强度(百分数)
棒号 No. 1 2 3 4
变形mm (英寸) 5.72(0.225) 3.91(0.154) 2.92(0.115) 2.21(0.087)
92%极限抗拉强度
95%屈服强度 80%屈服强度 60%屈服强度
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二 氢脆试验方法
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非电化学方法测定可扩散氢
——钕箔测试条试验
图2-7 4340型钢的持续载荷应力对氢含量的临界破坏曲线 18
二 氢脆试验方法
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持续载荷试验法
——缺口拉伸试验（ASTM F519,Ⅰa型试样） 75%σbh下静载拉伸，200h不断为合格
图2-8 F519 1a型试样图