中国铸造网：氢对金属材料机械性能的影响氢对金属材料机械性能的影响，很难用理论计算的方法定量地予以描述。氢对金属材料机械性能的影响主要表现在：①弹性模量―材料的弹性模量随着氢含量的增加而降低;②极限抗拉强度―对于氢敏感的材料，氢会使材料的极限抗拉强度明显降低;③极限屈服强度―氢会使大部分材料的屈服极限可以提高10%以内，但对无应力集中试样的屈服强度影响不大;④冲击韧性(ak)―当氢含量达到5ppm～6ppm时，ak值会有不同程度的降低，而且随着氢含量的增加ak值下降;⑤延伸率―氢能使氢敏感材料的延伸率严重降低，对氢不太敏感的材料也会略有降低;⑥断面收缩率―氢对材料塑性的影响最突出地表现在断面收缩率的变化，其中对氢高敏感的材料，断面收缩率可降低30%以上;⑦疲劳寿命―氢能使材料的疲劳裂纹扩展速率提高，疲劳寿命降低，特别是在低周疲劳的情况下，这种影响更为明显;⑧断裂韧性―当有微裂纹的材料处于氢气氛中，由于氢的吸附、溶解和应力诱导，使氢向微裂纹尖端聚集，在饱和氢及应力的共同作用下，会导致裂纹尖端低应力起裂，并不断扩展直至断裂。
金属材料中的氢能改变材料的机械性能，使脆性增加、塑性降低，甚至脆断，对氢敏感的材料受此影响尤为严重。不同材料、不同工艺对螺栓氢脆断裂的影响螺栓材料强度对螺栓氢脆断裂的影响材料抗拉强度对氢脆有重要影响。经过热处理强化的合金钢内应力不可能完全消除，内应力高的材料，对氢脆敏感。材料的强度越高，内应力越大，越容易吸氢，而除氢会越困难。合金钢如此，钛合金也是如此，其氢脆断裂的临界应力极限随着材料强度的升高而急剧降低。基于这种考虑，在一些国家标准、国家军用标准和行业标准中对高强度螺栓或零件规定了预防氢脆的措施。
严格检测成品螺栓的氢含量钛合金螺栓出厂前，必须对螺栓的氢含量进行检测，采购入厂时还应进行氢含量的复验，目的是保证螺栓氢含量符合螺栓标准的规定。鉴于α钛对氢脆的敏感性大于β钛，对高强度的双相钛合金(如TC4)的氢含量应更加严格地控制，不能超过125ppm。而对于β钛(如TB3)，不能超过150ppm。从TB3钛合金螺栓航天行业标准实施10多年来的经验表明，按照150ppm控制氢含量，还未出现过螺栓氢脆断裂现象。为了更加安全起见，而且从现有技术的可行性来看，最好将β钛合金的氢含量也控制在125ppm以内，与国际上Ti-6Al-4V螺栓氢含量指标一致。如果检测结果超出螺栓产品标准的规定，可以通过高温真空除氢的办法降低氢含量，但除氢次数不能超过一次，否则会影响材料的综合性能。
总之，金属材料的氢脆断裂是一个复杂的物理、化学变化过程，至今仍有一些问题需要人们继续探讨研究。但是，只要了解了有关螺栓氢脆断裂的基本机理和规律，认真采取必要的防范措施，就一定能够预防螺栓的氢脆断裂，保证航天型号产品的安全。
责任编辑：侯俊梅
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