鋼材氫脆產(chǎn)生的原因有哪些?
去氫脆處理的主要措施有哪些?
去氫脆處理!
本文主要說明氫脆產(chǎn)生的原因,并以液壓主控閥閥芯為例講述發(fā)生氫脆的薄弱點,最后闡明了去氫脆處理的主要措施。一、氫脆的定義
氫脆是溶于鋼中的氫聚合為氫分子,造成應(yīng)力集中,超過鋼的強度極限,在鋼內(nèi)部形成細小的裂紋,又稱白點。氫脆主要發(fā)生在低合金高強度鋼、不銹鋼及彈性零件上,造成氫脆的主要原因是表面處理,如電鍍、氮化等零件的處理過程中產(chǎn)生的氫滲入到金屬內(nèi)部導致晶格排列混亂,產(chǎn)生扭曲,造成內(nèi)應(yīng)力增加,使金屬或鍍層產(chǎn)生脆性,從而引起零件的斷裂或鍍層的脫落。在過程中氫脆的發(fā)生需要滿足兩個條件:金屬有較高的含氫量;有一定的外力作用。由于氫脆所導致的滯后開裂的特性,嚴重影響零部件的使用性能,存在較大的安全隱患。因此在零件的設(shè)計加工時,尤其是液壓元件工作在高壓下,更需要嚴格控制。二、去氫脆處理適用的范圍及工序
并不是所有金屬在表面處理過程中都會產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象,通過研究數(shù)據(jù)及實踐來看,在零件表面處理后氫脆主要產(chǎn)生于以下材料中。(1)抗拉強度在981N/mm2(或硬度在38HRC)以上的經(jīng)過熱處理的碳素鋼及合金鋼零件。(2)硬度為370HV以上的彈簧鋼(包含琴鋼絲、油回火鋼絲、高碳鋼絲)的零件。(3)在抗拉強度1236N/mm2以上(或36HRC以上)實施熱處理的馬氏體的不銹鋼產(chǎn)品。現(xiàn)在的加工中,可導致氫脆的工序主要有酸洗、電鍍、氮化、電解,以上工序在處理零件表面時,會產(chǎn)生氫且滲入到零件中,從而導致氫脆。三、氫脆的案例分析
液壓產(chǎn)品一般需在高壓下工作,部分零件承受的力較大,當零件吸氫后,在其薄弱地方會發(fā)生斷裂,如圖1所示的閥芯。
圖1 主控閥閥芯示意
閥芯內(nèi)部為中空,由于功能要求,中空處需要與單向閥配合密封,閥芯處于高壓工作,這就需要與單向閥的配合處具有較強的抗沖擊性及韌性,同時為了達到一定的耐磨要求,許多廠家選擇該種閥芯表面鍍鉻處理,而且要求的鍍層較厚,但由于鍍鉻工藝本身電流效率低,因此需要電鍍的時間較長,滲氫嚴重。該閥芯材質(zhì)為42CrMo,調(diào)質(zhì)處理后硬度為32~36HRC,裝配后要求鍍鉻層厚度0.04~0.06mm。閥芯為液壓挖掘機所用,額定工作壓力31.3MPa,而且由于挖掘機的特性,沖擊壓力的峰值可達到60MPa以上,該閥芯電鍍后沒有去氫脆處理,因此在挖掘機上使用一段時間后發(fā)生斷裂,如圖2所示。
圖2 閥芯斷裂
在發(fā)生斷裂后,對閥芯進行了理化分析,實測閥芯心部硬度為34.5HRC,并對閥芯電鍍前及電鍍后的截面分別做了金相分析,如圖3、圖4所示。通過晶相圖4可以看出,電鍍后閥芯晶相圖中出現(xiàn)明顯的沿晶斷裂的特征——冰糖狀斷口。
圖4 閥芯電鍍后晶相
四、去氫脆的措施及預(yù)防
去除零件吸附氫氣而產(chǎn)生的氫脆,一般選擇使用干燥處理,干燥處理一般分為:第一,干燥處理最好是在經(jīng)過吸附氫氣工序之后馬上實施,最長不得超過4h。第二,干燥處理的時間及溫度按附表中要求執(zhí)行,原則上必須一次處理完成,處理開始后,不能中斷,按規(guī)定的時間連續(xù)保持并完成。第三,鍍層剝離后再次電鍍的情況,或在電鍍之后又實施其他鍍層的,脆化工序兩次以上的情況,從最初的工序到實施最終工序后的干燥處理時間在4h以內(nèi)時,可只實施最終工序后的干燥處理,其他的可以省略。去氫脆處理的工藝要求
在零件的設(shè)計及加工時,也應(yīng)提前預(yù)防氫脆的產(chǎn)生,如可適當?shù)貙σ桩a(chǎn)生氫脆的材料在表面處理前進行加熱、噴丸或振動等處理,使工件上的氫氣得以逸出,應(yīng)力得到釋放,減少氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生;在滿足性能的前提下,盡量采用滲氫量少的工藝,如表面處理的除油、除銹等,可采用化學除油、清洗劑或溶劑除油;在除銹和氧化皮時,盡量采用吹砂除銹,若采用酸洗,需要在酸洗液中添加緩蝕劑等。五、結(jié)語
一般來說,材料強度越大,其氫脆敏感性也越大,除了硬度以外,還應(yīng)綜合考慮以下幾點:(1)使用安全系數(shù)大的零件,應(yīng)加強去氫處理。(3)帶有易產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺口狀零件。表面處理過程中的氫脆危害極大,去氫脆要求是技術(shù)人員在設(shè)計加工時必須明確的概念,根據(jù)不同的零件及使用的情況采取適當?shù)拇胧?以達到消除氫脆的目的。作者:鞏秀江,山東中川液壓有限公司技術(shù)部;
許躍雷,力士德工程機械股份有限公司
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