我对气体渗碳后的“氢脆”问题理解
1 渗碳/渗氮过程中工件“吸氢”是肯定的,但由于随后的及时回火和服役前的自由放置时间,部分氢原子会从工件中扩散逃逸,因此,并不是工件吸氢就一定能表现出“氢损伤”的特征。2 关于渗碳淬火后磨削裂纹是因为“氢脆”原因,最好在裂纹打断的断口上找到“氢脆特征”才有说服力,因为磨裂太常见了,影响因素也太多了。
3 关于氢脆问题,工程上主要表现为冶炼过程中吸氢产生的“白点”和固溶态的氢在拉应力作用下通过扩散、富集导致材料塑性下降从而表现出的氢脆。而后一种情况危害性更大。虽然许多研究者把氢脆分成了不同的情况加以讨论,但其实质是一样的。
3.1 将金属的氢脆分成2类:
① 第一类氢脆:氢脆敏感性随形变速率增加而增加。EX. 钢中的白点即属于这一类。
② 第二类氢脆:氢脆敏感性随形变速率增加而下降。含氢高强钢在静载荷作用下产生的延迟开裂即属于这一类。
3.2 将氢脆分成可逆与不可逆2类:
① 不可逆氢脆是指金属材料一旦发生氢损伤,无法通过中温或者室温除氢处理使金属材料塑性得到恢复。这类氢损伤包括:氢压裂纹、氢腐蚀、氢致相变等。
②固溶的氢在拉伸过程中通过扩散、富集导致材料塑性下降称为可逆氢脆。因为如果拉伸前或屈服前把试样中氢去除(通过加热或室温放置),则可以使塑性恢复。
4 渗碳和回火过程中氢的扩散。
(下面结论是从93年笔记本中找到,摘录于H.Steng [西德] 论文,原文没有。但有注明是曹敏达、陈洵译校,金属热处理增刊,望有条件的同仁能够查询上传。)
4.1 德国学者通过对20MoCr4、16MnCr5B、16MnCr5Nb和28Cr4材料进行“气体渗碳+直接淬火”后试样进行氢含量测试,结果为:气体渗碳直接淬火氢含量最高达到2.2μgH/gFe;碳氮共渗直接淬火氢含量1.2μgH/gFe;气体渗碳重新加热淬火氢含量0.9μgH/gFe;盐浴渗碳直接淬火氢含量0.75μgH/gFe;真空渗碳直接淬火氢含量小于原材料氢含量。(试验用原材料氢含量0.05-0.1μgH/gFe)。结论为:气体渗碳过程工件会大量吸氢。
4.2 室温时氢的逸出试验:用20MoCr4钢气体渗碳直接淬火66组试样测定结果为:室温空气中存放23天,吸氢逸出了80%,存放28天后氢含量接近原材料水平。在容器中将试样用感应加热方式缓慢加热升温到110℃开始发生气体逸出,检测全部为氢气。
4.3 回火过程中氢的逸出试验:在空气炉中回火,大部分氢气逸出明显发生在回火的第一个小时内,其后逐渐变慢。真空回火去氢效果明显比空气炉快。
4.4 回火温度影响:仅从除氢角度看,回火温度不宜高于200℃,因为回火时工件表面会形成约10个分子层氧化膜,对氢的逸出有较大的影响。
4.5 空气炉中180℃×2h回火,除氢约75%。 目前国外有一种更简单、更方便的方法检测去氢效果。防止氢脆现象的产生,具体方法如下:
检验用品:石蜡或凡士林。
检验装备:烧杯(防火容器),铁架台,温度计,石棉网,酒精灯。
检验方法:用烧杯来盛取适量的石蜡,置烧杯于铁架台的石棉网上,点燃酒精灯加热石蜡至完全融化(石蜡可将零件全部浸没)。用温度计测量石蜡液的温度,使之保持在160~190℃,在此温度范围内保持5min以去除其所含水分。被测零件经热皂水去油迹并烘干,放入石蜡液中,若在10s内有气泡产生(氢气在零件表面形成或析出),则证明该零件去氢不好或没有去氢,若没有气泡产生,则去氢效果好。也可用凡士林代替石蜡,但温度必须控制在(100±5)℃内。 感谢42楼提供的资料! 感谢42楼提供的资料!