为减少氧化脱碳,某军工活塞杆采用超高强度钢40CrMnSiMoVA甲醇裂解气保护超音频淬火设备淬火处理。生产中发现,在工件焊缝处附近多次出现裂纹,造成产品报废,并影响军工产品生产。初步分析认为,甲醇裂解保护气有较强渗氢作用,工件淬火后未除去氢气,工件焊接处局部过热及焊缝处缺陷使该处成为性能薄弱处,吸收氢导致工件开裂。
检验分析表明,甲醇裂解保护气氛进行超音频淬火设备淬火后,活塞杆未除氢,工件呈明显的氢致延致延迟断裂特征,工件在较低应力下经一定时间发生延迟断裂失效。断口组织分为延迟破坏区和瞬断区。延迟破坏区形貌呈发亮小刻面组成的结晶状断口,微观上呈沿晶和准解理断裂氢脆特征。
甲醇高温裂解主要生成氢和一氧化碳,其中氢占约65%-66%(体积分数)。40CrMnSiMoVA钢超音频淬火设备淬火加热在甲醇裂解气氛中进行,920℃ x 1h加热(随后处理为190S℃ x1h等温,260℃ x6h 回火,210℃ x3h,去应力退火处理)中会溶解大量氢,溶入钢中的氢聚集于晶体缺陷处,工件焊接处晶粒粗大并有过热现象,应力大,强度低,氢在缺陷应力集中处聚集产生氢脆,导致氢致裂纹和工件断裂。
进行采用多种除氢工艺方法试验,试验表明:(1) 工件超音频淬火设备淬火后,立即进行 190℃x 16h 除氢处理,随后进行260℃x4h 回火处理,除氢效果良好,氢含量较大降低,氢脆作用消失。(2)40CrMnSiMoVA钢为超高强度钢,研究发现,钢的强度越高,对氢脆越敏感。为避免氢脆危险,对于40CrMnSiMoVA钢活塞杆件淬火加热,采取氮基气氛保护加热,可取得较好效果。