关于气体渗碳后的“氢脆”问题

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关于气体渗碳后可以产生“氢脆”，看过一些资料，如重庆的一位老专家，在一篇文章中，传达出一种观点：氢在金属中有二大功能－－氢脆和氢塑，氢在低温（如－200摄氏度以下）和高温（Ti合金）均可表现为氢塑，而在常温下金属中的氢只表现为氢脆。

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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%。

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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。

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感谢42楼提供的资料！

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