彈簧氫脆斷裂

　　彈簧材料在加工制造過程中，以及在使用環(huán)境中受到氫的侵人，氫在彈簧材料中擴(kuò)散并聚集，使彈簧材料的承載能力降低、塑性下降，材料脆化。經(jīng)過一段時(shí)間后，彈簧在低于屈服強(qiáng)度的拉應(yīng)力作用下突然發(fā)生斷裂，把這種現(xiàn)象稱為氫脆。

　　烏氏體、珠光體鋼中，合金含里大干3.5%的鎳鉻鋼或鎳鉻鋁鋼在鍛造、軋制、熱處理、焊接過程經(jīng)常出現(xiàn)氫脆白點(diǎn)。高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度合金表面處理：電鍍、發(fā)蘭、磷化、氧化也常有氫脆現(xiàn)象。

　　鈦合金在冶煉、熱加工、酸洗及與其它碳?xì)浠衔锝佑|過程中可能滲入氫，因此鈦合金容易產(chǎn)生氫脆。含硫油田管道、裝油容器也容易出現(xiàn)氨脆。

　　根據(jù)氫的來源不同，氫脆分為二大類，一類為內(nèi)部氫脆，是由材料在高溫鍛造、軋制、焊接、熱處理時(shí)吸收過量氫而造成。另一類為環(huán)境氫脆，它是由于彈簧材料在含氫環(huán)境中工作，在應(yīng)力和氧氣氛或其它含氫介質(zhì)的共同作用下引起的脆性斷裂。例如酸洗、腐蝕、電鍍、離子轟擊等。表7-1給出氫的來溯及示例，只有在氫侵入彈簧材料后才有可能產(chǎn)生氫脆。

　　金屬、特別是高強(qiáng)鋼的氫脆通常為低應(yīng)力延遲破壞。當(dāng)應(yīng)力低于門檻應(yīng)力值7b時(shí)不發(fā)生斷裂，見圖7-1。當(dāng)鋼中裂紋前沿溶解的氫濃度達(dá)到臨界值時(shí)，在應(yīng)力與氫的共同作用下開裂。斷裂擴(kuò)展是斷續(xù)式的、間歇時(shí)間為氨的聚集所消耗的時(shí)間，當(dāng)裂紋長度達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，材料迅速斷裂。因此，氫脆斷口一般由兩個(gè)區(qū)域組成氫脆裂紋亞臨界擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)。氫脆屬于脆性斷裂，斷裂前沒有預(yù)兆，無宏觀塑性變形。

　　酸洗工藝滲入彈簧表層的氫原子是導(dǎo)致彈簧發(fā)生延遲斷裂的主要原因，其斷裂方式是一種典型的氫脆斷裂。在制造工藝上控制彈簧表層的拉應(yīng)力水平以及控制或避免環(huán)境中氫原子的擴(kuò)散滲入，把鍍鋅前除氫改為鍍鋅后除氫，能有效地避免彈簧氫脆斷裂的發(fā)生。