紧固件地氢脆化测试方法及相关规范.pdfVIP

緊固件的氫脆化測試方法 Hydrogen Embrittlement Testing Method of Fasteners 1. 前言： 當氫原子進入鋼和其它金屬中，它會存在於材料的結晶上，當對金屬施予應力時， 會因此而降低金屬的延展性或負荷承受性能。氫脆是延遲性的破壞，由於鋼中氫存在於應 力集中部位，直到發生延遲破壞需要若干時間，而在一般的機械特性測試上往往忽略及遺 漏了延展性的重要性，也無法在短時間的試驗測出延遲破壞的傾向，使得緊固件雖在滿意 的機械特性狀態或標準的設計強度下(如硬度、降伏強度應力、衝擊等等)仍產生破裂，經 常是由很微小的裂痕造成突然間的崩壞。這種現象在合金上時常歸於氫效應延遲破壞、氫 應力裂痕或氫脆。 氫脆化在緊固件來說可能是最壞的問題發生原因之一，因為它是延遲破壞。通常在 組裝24 小時後發生，但沒有一定的準確時間。商用的緊固件種類在電鍍後且具有洛氏 C 34 或以上的硬度容易引起氫脆的失敗。這些種類包括自攻螺絲、彈簧華司、Sems(組合華 司的自攻螺絲) 、螺帽組合華司(Keps or Conical Assembly Nuts) 、Grade 8 螺栓和所有的承 窩螺絲產品。 2. 產生氫脆化的主要因素：種種跡象顯示氫脆的潛在傾向與產品作表面處理及鋼內碳含量以 及產品的硬度有關且成正比。參考各規範及相關論文的研究結果顯示當產品脆性增加以及 酸液浸洗是造成氫脆化的主要因素。產品在經過冷鍛或冷加工後再硬化熱處理，使產品的 脆性增加，對氫脆損害特別敏感。酸洗、磷酸鹽、電鍍、自動反應的過程和在大自然環境 中使用，如陰極保護反應或腐蝕也會導致同樣的結果。 在緊固件上來說，通常在Grade 2 的螺栓或螺絲同意使用電鍍，事實上也無氫脆化 的傾向，因為這些產品都是低碳鋼以及無硬化。 Grade 5 電鍍後的螺栓或螺絲就很有可 能有氫脆化的問題產生，這些產品都是使用中碳鋼製造以及硬化處理到最高C 34 的硬 度，但仍未聽說有氫脆化的事情產生。Grade 8 電鍍後的螺栓或螺絲就有氫脆化的傾向， 這些是使用中碳合金鋼製造及硬化處理到最高C 39 的硬度。承窩螺絲也是使用中碳合金 鋼製造，硬化處理到最高C 45 的硬度，在所有標準種類的螺栓或螺絲中，電鍍後的承窩 螺絲有最高的氫脆化失敗的可能性。 對於產品的破壞是否為氫脆所造成，有一個較簡單的判斷方法，那就是如果螺絲或 螺栓在裝置後 1 到48 小時內破壞，且其破壞在頭部與桿部以及螺紋與桿部的交接位置那 大概就是氫脆化破壞。如果螺絲在裝置一段時間後破壞，這大概就是氫脆以外的問題。若 是從組織上來觀察，氫脆化破斷面為一種粒界破裂。 3. 緊固件的氫脆化測試方法：測試觀念是設計在緊固件的最大應力下實施一個模擬的實際狀 況。應力通常達到緊固件的一特定的旋緊度或預先計算的扭矩值。使零件保持在如此的應 力裝置下24 或48 小時再旋緊。如果任何緊固件在測試過程中或當再旋緊時氫脆破壞則這 零件應再烘烤和再測試直到合格為止。本文僅針對螺栓、螺絲、牙條、自攻螺絲(及組合 華司) 、華司、螺帽(及組合華司)等規範及相關論文之要求作一說明。 1 3.1 參考規範：下列為緊固件氫脆化測試方法的相關規範。 ASTM F606/F606M －2000/1998 ：決定內外螺紋緊固件、墊圈及鉚釘之機械性質的標準 測試方法。 ANSI/ASME B18.6.4/ B18.6.5M －1998 ：螺紋成型,螺紋切削和金屬攻入自攻螺絲。 SAE J81/J1237－1997/1996 ：螺紋滾牙自攻螺絲。 SAE J78－1996 自鑽螺絲。 SAE J773－1998 錐形彈性華司。 SAE J238－1998 螺帽和組裝的錐形(Conical)彈性華司。 FIP 1000 －1988 自攻螺絲的功能性規定。 3.2 一般機械牙螺栓(絲)及牙條的氫