氢脆的机理——陷阱效应

　　所谓锁紧螺母氢脆，是指氢原子侵入基体材料中而引起的材料延迟失效断裂。氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。其主要原理是将钢铁基体中一些易于渗入氢原子的位置形容为“陷阱”，这些位置包括钢铁结构中的晶界、位错中心、非金属夹杂物及碳化物等与钢铁原子之间形成的固-固界面，还有应力中心等。当活动氢原子进入这些“陷阱”，即被束缚而成为非活跃氢原子。氢原子在陷阱位置的聚集将使材料的断裂应力下降，应力集中部位将形成裂纹，裂纹逐渐扩展直至断裂发生，此即为氢脆引起的延迟断裂现象。氢脆一般发生在零件受到静态载荷的条件下，紧固件在安装后可能在数小时或此后更长的时间内出现断裂。而零件承受动态高应变载荷时，例如在进行拉伸试验时，载荷在短时间内迅速增加最后达到零件拉力载荷极限而发生断裂，则不易发生氢脆。因此判断氢脆不宜采取拉伸试验的方法，具体方法将在后文阐述。

　　按陷阱的深度不同，陷阱可分为可逆和不可逆两种，这取决于陷阱束缚能的强弱。当陷阱束缚能较弱，即陷阱比较浅，氢原子可轻易摆脱陷阱的束缚重新成为活跃氢原子，这种陷阱称为可逆陷阱，也可称为引力陷阱，这种陷阱的束缚能主要来自电场、应力场、温度梯度或非典型的化学势，这些束缚能不是零件自身存在的，一般是外界环境对零件的影响，当外界环境变化束缚能消失，氢原子可能会逃逸出陷阱。当氢原子在基体内扩散时，可逆陷阱实际上既是氢原子的巢穴，也可转变为释放氢原子的来源。不可逆陷阱的束缚能较强，陷阱比较深，氢原子一旦进入其中就很难再逃逸出来，例如大角度晶界、夹杂物或碳化物与钢铁原子之间形成的固-固界面、孔穴等等位置，这种陷阱是物理性的，也可称为物理陷阱，它只能成为氢原子的巢穴。

摘自《紧固件》