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熱鍍工藝相關(guān)的脆性

與熱鍍工藝相關(guān)的脆性有三種,分別是氫脆(Hydrogen embrittlement,(HE))、液態(tài)金屬脆性(Liquid Metal Embrittlement (LME)),和應(yīng)變時(shí)效脆性(Strain Age Embrittlement)。今天我們先聊聊氫脆。


被鋼吸收的氫原子,聚集在鋼的晶粒之間或缺陷位置,并最終導(dǎo)致鋼開裂,這種現(xiàn)象被稱為氫脆。


1 :氫原子誘捕機(jī)制


圖2:氫誘脆性和氫氣泡的形成


圖3:金屬微裂紋截面的計(jì)算機(jī)模擬圖,白色的為氫原子

(Photo:McGill University)


熱鍍鋅開裂案例


盡管鋼會在熱鍍鋅過程中通常會吸收氫原子,但由于鋅鍋中鋅的溫度較高,因此,被加熱的鋼中的氫原子,常常會在高溫下逸出。


但是,在某些特定情況下,例如鋼的晶粒尺寸太細(xì)小時(shí),即使在熱鍍溫度下,氫原子也無法逃逸,這將會導(dǎo)致氫原子聚集在晶界或缺陷位置,晶界或缺陷位置處的局部應(yīng)力上升,并最終導(dǎo)致零件的開裂。


圖4:高強(qiáng)鋼焊縫熱影響區(qū)熱鍍后發(fā)生的氫脆


對于抗拉強(qiáng)度小于150ksi(1040 MPa)的鋼,其晶粒尺寸通常足夠大,允許高溫下氫原子的逸出;但對于抗拉強(qiáng)度大于等于150ksi(1040 MPa)的鋼,氫原子很可能被鎖定在晶界之間,無法逸出產(chǎn)生氫脆。氫脆是不會及時(shí)表現(xiàn)出來的,只有當(dāng)零件承受載荷時(shí),才會觀察到氫脆的發(fā)生。


而熱鍍鋅時(shí)應(yīng)變時(shí)效脆性,則是在完成熱鍍后短期內(nèi)就發(fā)生了。


也就是說,應(yīng)變時(shí)效脆性在熱鍍完成后就可以觀測到,而氫脆在熱鍍完成后是觀測不到的,只有在鋼承受一定載荷,并持續(xù)一段時(shí)間后才能觀察到。


避免零件熱度氫脆的方法


1、最簡單的方法是選擇抗拉強(qiáng)度在150ksi(1040 MPa)以下的鋼,就像先前所說的,這類鋼的晶粒足夠大,允許被吸收的氫原子在熱鍍溫度下逃逸。


2、當(dāng)不得不對高強(qiáng)鋼零件進(jìn)行熱鍍時(shí),也可對熱鍍工藝進(jìn)行調(diào)整,降低氫脆發(fā)生的概率。比如,縮短酸洗時(shí)間。


3、除此以外,可調(diào)整的工藝還包括:對零件進(jìn)行機(jī)械清洗(例如噴丸),隨后進(jìn)行快速酸洗 (在酸洗池的停留時(shí)間不大于30s)。


快速酸洗的目的是為了清理噴丸作業(yè)的殘留物,降低鋼零件暴露的氫原子的總量,減少氫原子被高強(qiáng)鋼超細(xì)晶粒吸收的機(jī)會。

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