氫滲入金屬材料后,，會導(dǎo)致金屬損傷，使金屬零件在低于材料屈服極限的應(yīng)力作用下發(fā)生脆性斷裂失效,，這種現(xiàn)象就稱為“氫脆”,。

合金鋼氫脆的主要表現(xiàn)形式，是前者,，而鈦合金氫脆的主要表現(xiàn)形式,，是后者。

合金鋼發(fā)生氫脆斷裂的機理是：當(dāng)一定量的氫滲入合金鋼材料后,，以游離態(tài)氫原子,、氫離子等形態(tài)在材料中游離，從低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)聚集,，向材料中的氣孔,、夾雜、微裂紋等缺陷處聚集,，互相結(jié)合形成氫分子,，從而使氫的壓力增大,。

當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，材料的微裂紋就會擴大,、延伸,，以釋放壓力，而氫分子則以氫氣的形式逸出材料,。

在拉應(yīng)力作用下,，游離氫繼續(xù)向新擴展的微裂紋聚集、增壓,，使其繼續(xù)擴展,，最后演變成更大的裂紋。反復(fù)聚集,，裂紋反復(fù)擴展,、增大、延伸,，最終導(dǎo)致材料斷裂,。整個過程需要一定的時間，這就形成了所謂的“延遲斷裂”,。

鈦合金的氫脆的機理與特點不同于合金鋼,，鈦合金中的氫不能以分子形態(tài)滲入鈦基體，而是與鈦合金表面接觸后,，首先發(fā)生表面物理吸附和化學(xué)吸附(活性吸附),，氫分子離解出氫原子，氫原子便以極快的速度向鈦合金基體內(nèi)部擴散,。

當(dāng)吸氫量超過其最大溶解度時,，擴散到鈦中的氫原子就會以固溶狀態(tài)或氫化物形式存在。氫原子在鈦合金中擴散后的分布并不是均勻的,，而是有一定的“偏聚”,。

與合金鋼類似，材料的缺陷(如位錯,、晶界,、沉淀相或夾雜物與基體相界面、氣孔,、微裂紋等)是氫喜歡聚集的地方,，往往也是氫脆的斷裂源。

第一類氫脆的典型形式就是氫化物氫脆,。含氫的α鈦發(fā)生冷卻或者含氫的β鈦共析分解時,，都會析出新的化合物氫化鈦(TiH)。

氫化鈦是一種穩(wěn)定的脆性物質(zhì),，它與基體晶粒之間的結(jié)合力相對較弱,，二者的彈性,、塑性差異較大，受到應(yīng)力后的應(yīng)變不協(xié)調(diào),，基體晶粒與氫化鈦晶粒之間的界面就會產(chǎn)生微裂紋,，這種裂紋一般沿晶間迅速擴展、擴大,，最終導(dǎo)致材料斷裂,。

第二類氫脆與變形速度有關(guān)，氫脆敏感性隨變形速度的增加而下降,。氫脆的裂紋源是在應(yīng)力和氫的相互作用下逐步形成的,，其中有些是可逆的，有些是不可逆的,?？赡嫘詺浯啻嬖谟?α+β)鈦合金中，是一種復(fù)雜的氫脆現(xiàn)象,。

當(dāng)(α+β)鈦合金的溶氫量未超過極限溶解度時,，氫處于固溶狀態(tài)，在此狀態(tài)下材料進行低速變形,，而后卸載,、靜止，再進行高速拉伸,，材料的塑性可以得以恢復(fù),。但是對材料再進行連續(xù)緩慢加載,，或者持續(xù)施加靜載荷,，延續(xù)一段時間后，材料就會發(fā)生突然斷裂(亦即“延遲斷裂”),。

如果對斷裂重新進行常規(guī)的性能試驗,，會發(fā)現(xiàn)材料仍具有正常的塑性和瞬時強度，這種現(xiàn)象在鈦合金緊固件中很少見,。

• 鈦合金在冶煉過程中,，海綿鈦中的氫、含氫化合物以及冶煉,、澆鑄等過程都會帶入氫或氫氣氛,，這是氫進入鈦合金的主要渠道。

• 鈦合金緊固件在機械加工過程中接觸到含氫介質(zhì),，包括水氣,、脫模潤滑劑、冷卻液等,，都會使氫附到零件表面,，進而滲入材料內(nèi)部,。

• 鈦合金緊固件在熱處理過程中接觸了含氫或含水的氣氛或淬火介質(zhì)。

• 鈦合金緊固件在除油,、酸洗,、陽極氧化加工等過程中接觸了含氫介質(zhì)，其中酸洗對于氫脆敏感的高強度鈦合金來說,，吸氫效果更為顯著,。

一般將以上除第1項之外的其余3項統(tǒng)稱為“氫污染”。

從鈦合金氫脆機理的分析可知,，鈦合金的氫脆主要取決于它吸氫的多少,，或者說他的氫含量。因此檢測鈦合金的氫含量就是判定鈦合金緊同件是否會發(fā)生氫脆的主要方法,。

目前,，國內(nèi)及國外的鈦合金緊固件標(biāo)準(zhǔn)一般將含氫量控制在125ppm以內(nèi)，基本能夠確保各類鈦合金螺栓的氫脆安全性,。

至于螺母,、墊圈、環(huán)槽鉚釘(釘桿)等產(chǎn)品,，只要在安裝時不發(fā)生大變形,，其氫含量指標(biāo)可參考螺栓標(biāo)準(zhǔn)，取小于或等于125ppm即可,；而對于安裝時需要大變形的普通鉚釘,、螺紋空心鉚釘?shù)犬a(chǎn)品，可考慮加嚴(yán)控制,，取小于或等于85ppm,。

鈦合金氫含量的檢測方法很多，但目前只能按照相應(yīng)緊同件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法,，采用真空熔化法或者真空提取法,。

具體操作是：在規(guī)定的特定部位取樣，碾碎成粉末后,，放入密閉的坩堝容器中高溫加熱到2000℃左右,，使材料中的氫全部析出，然后用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比對確定氫含量,。

• 為了保證所測氫含量的準(zhǔn)確性，制備的試樣一定要保持清潔,，清除緊固件表面所有異物,，包括潤滑層。潤滑層中一般都含有高分子有機化合物(如環(huán)氧樹脂,、酚醛樹脂等),，而這些物質(zhì)基本成分都是碳?xì)浠衔铩?/p>

  
  

  常溫下這些碳?xì)浠衔锊粫纸?，而?000℃的高溫環(huán)境中，碳?xì)浠衔锞蜁纸舛龀鰵?，這就大大加氫的實測值,，而這個實測值根本不能反映緊固件材料的實際氫含量。

• 鈦合金緊固件氫含量的檢測樣本取1件即可。多年的經(jīng)驗表明,，在同一檢查批中，各個樣件的檢查結(jié)果誤差大致在1ppm左右,，非常一致,。

根據(jù)鈦合金緊固件的氫脆機理，預(yù)防鈦合金緊固件氫脆斷裂的技術(shù)措施,，應(yīng)該是嚴(yán)格控制緊固件材料中的氫含量,。具體從以下幾個方面加以控制：

• 嚴(yán)格控制原材料的氫含量

緊固件中的氫主要源于原材料的冶煉，因此必須嚴(yán)格控制原材料的氫含量,。材料在入廠復(fù)驗時,，不能只進行機械性能檢驗,，還必須進行氫含量的復(fù)驗,，以保證用于生產(chǎn)的鈦合金材料氫含量符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，生產(chǎn)出的緊固件才有可能符合產(chǎn)品的氫含量要求,。

• 控制緊固件制造過程中和使用狀態(tài)下的氫污染

緊固件的制造加工往往需要拉拔,、擠壓,、鐓鍛、螺紋成形等壓力加工工藝,，需要熱處理,、清洗、表面陽極氧化處理等熱,、表加工。

在這些加工過程中,，零件半成品不可避免地會與潤滑劑,、脫模劑等酸類物質(zhì)接觸，造成零件表面氫污染,，進而發(fā)生氫滲入。為了預(yù)防緊固件的氫脆,，在這些過程中應(yīng)采取有效措施,，減輕氫污染,。

例如，盡量避免或減少金屬材料與空氣的直接接觸,，經(jīng)過壓力加工后的坯件應(yīng)盡快清洗干凈,，清除緊固件表面污物時盡量不用酸洗工藝，尤其是不能采用濃酸洗,。

為了避免鈦合金緊固件在貯存,、運輸,、工作環(huán)境下發(fā)生氫污染，一般都需要進行陽極氧化處理使零件表形成一層氧化膜,，使其與空氣物理隔離,，氧化層有藍(lán)色,、金黃色、灰褐色等多種,。

• 鈦合金緊固件出廠前,，必須進行氫含量檢測,。對于經(jīng)過固溶、時效熱處理,，強度較高的鈦合金緊固件尤為重要。