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氫對金屬材料機(jī)械性能的影響氫對金屬材料機(jī)械性能的影響，很難用理論計算的方法定量地予以描述。氫對金屬材料機(jī)械性能的影響主要表現(xiàn)在：①彈性模量―材料的彈性模量隨著氫含量的增加而降低;②極限抗拉強度―對于氫敏感的材料，氫會使材料的極限抗拉強度明顯降低;③極限屈服強度―氫會使大部分材料的屈服極限可以提高10%以內(nèi)，但對無應(yīng)力集中試樣的屈服強度影響不大;④沖擊韌性(ak)―當(dāng)氫含量達(dá)到5ppm～6ppm時，ak值會有不同程度的降低，而且隨著氫含量的增加ak值下降;⑤延伸率―氫能使氫敏感材料的延伸率嚴(yán)重降低，對氫不太敏感的材料也會略有降低;⑥斷面收縮率―氫對材料塑性的影響最突出地表現(xiàn)在斷面收縮率的變化，其中對氫高敏感的材料，斷面收縮率可降低30%以上;⑦疲勞壽命―氫能使材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率提高，疲勞壽命降低，特別是在低周疲勞的情況下，這種影響更為明顯;⑧斷裂韌性―當(dāng)有微裂紋的材料處于氫氣氛中，由于氫的吸附、溶解和應(yīng)力誘導(dǎo)，使氫向微裂紋尖端聚集，在飽和氫及應(yīng)力的共同作用下，會導(dǎo)致裂紋尖端低應(yīng)力起裂，并不斷擴(kuò)展直至斷裂。
金屬材料中的氫能改變材料的機(jī)械性能，使脆性增加、塑性降低，甚至脆斷，對氫敏感的材料受此影響尤為嚴(yán)重。不同材料、不同工藝對螺栓氫脆斷裂的影響螺栓材料強度對螺栓氫脆斷裂的影響材料抗拉強度對氫脆有重要影響。經(jīng)過熱處理強化的合金鋼內(nèi)應(yīng)力不可能完全消除，內(nèi)應(yīng)力高的材料，對氫脆敏感。材料的強度越高，內(nèi)應(yīng)力越大，越容易吸氫，而除氫會越困難。合金鋼如此，鈦合金也是如此，其氫脆斷裂的臨界應(yīng)力極限隨著材料強度的升高而急劇降低。基于這種考慮，在一些國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對高強度螺栓或零件規(guī)定了預(yù)防氫脆的措施。
嚴(yán)格檢測成品螺栓的氫含量鈦合金螺栓出廠前，必須對螺栓的氫含量進(jìn)行檢測，采購入廠時還應(yīng)進(jìn)行氫含量的復(fù)驗，目的是保證螺栓氫含量符合螺栓標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鑒于α鈦對氫脆的敏感性大于β鈦，對高強度的雙相鈦合金(如TC4)的氫含量應(yīng)更加嚴(yán)格地控制，不能超過125ppm。而對于β鈦(如TB3)，不能超過150ppm。從TB3鈦合金螺栓航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實施10多年來的經(jīng)驗表明，按照150ppm控制氫含量，還未出現(xiàn)過螺栓氫脆斷裂現(xiàn)象。為了更加安全起見，而且從現(xiàn)有技術(shù)的可行性來看，最好將β鈦合金的氫含量也控制在125ppm以內(nèi)，與國際上Ti-6Al-4V螺栓氫含量指標(biāo)一致。如果檢測結(jié)果超出螺栓產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可以通過高溫真空除氫的辦法降低氫含量，但除氫次數(shù)不能超過一次，否則會影響材料的綜合性能。
總之，金屬材料的氫脆斷裂是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程，至今仍有一些問題需要人們繼續(xù)探討研究。但是，只要了解了有關(guān)螺栓氫脆斷裂的基本機(jī)理和規(guī)律，認(rèn)真采取必要的防范措施，就一定能夠預(yù)防螺栓的氫脆斷裂，保證航天型號產(chǎn)品的安全。
