气体渗碳淬火件中的氢脆问题

Francois · 发表于 2017-2-23 16:51:46

8620H 做的卡车用齿轮，内孔是锥形，和有锥度的轴过盈配合，装配后隔天便发生开裂，且裂纹贯穿至表面齿轮处，在对好件和坏件的 H 含量的对比测试中，好的1PPM，断裂件竟达到12ppm, 请各位聊聊渗碳淬火中清脆的问题，原理和解决措施。

Abo · 发表于 2017-2-23 17:09:57

期待学习

cnszgong · 发表于 2017-2-23 19:29:35

产品结构是否有问题？过过盈量计算是否有问题？装配前零件内孔尺寸精度也要检查一下。

fjg · 发表于 2017-2-23 21:49:10

氢易于某些金属形成氢化物形成脆性组织，受力情况下，容易形成断裂源！渗碳件可以在低于回火的温度下，长时间保温一段时间去氢处理！不知道说的对不对，但我这样干过，技术员也这样讲过！欢迎指正！

Francois · 发表于 2017-2-23 22:15:29

齿轮和装配工艺干了3年了.从没有问题，但去年12开始批量出现装配后开裂现象，供应商对锻坯取消了正火。

cnszgong · 发表于 2017-2-23 22:22:43

Francois 发表于 2017-2-23 22:15
齿轮和装配工艺干了3年了.从没有问题，但去年12开始批量出现装配后开裂现象，供应商对锻坯取消了正火。 ...

不应该取消正火。

心沐长风A · 发表于 2017-2-24 08:08:20

正火是一道非常关键的工序，但是有好多小企业，包括我们这个企业再内，就是不肯把这个工序加上。

清淡 · 发表于 2017-2-24 09:09:17

Francois 发表于 2017-2-23 22:15
齿轮和装配工艺干了3年了.从没有问题，但去年12开始批量出现装配后开裂现象，供应商对锻坯取消了正火。 ...

你们做了晶粒度检测吗？可否发图上来看看？

身在此山 · 发表于 2017-2-24 09:20:41

本帖最后由身在此山于 2017-2-24 09:24 编辑

虽然是延滞断裂，但不能断定一定是氢脆所致。单凭12 ppm 氢也不能断定氢在其中起了多大作用。

需要对断口做个SEM分析（尤其要在渗碳层找裂源来看），找到氢脆证据。
也要对裂纹做光学金相分析，看是否存在其他致裂因素（材料夹杂，热处理不良，组织缺陷，等）。
还要评估对偶件的轴-孔尺寸公差配合是否合理，轴-孔硬度配合是否合理，等。

或者，假定是氢脆，装配前先除氢（220°C+8小时，看厚度而定），看是否还裂。

秦时明月 · 发表于 2017-2-24 09:27:16

此问题也经历过，委托某高校花了几万银子也没有找出真正原因。

aaron01 · 发表于 2017-2-24 14:38:56

根本原因恐怕不是什么清脆。
这种过盈配合的过盈量是第一个要考虑的问题。需要调查，现在的过盈量和以前相比是否有变化了？

Francois · 发表于 2017-2-24 15:14:45

断口扫描显示渗碳层和过度区附近沿晶断裂，心部为韧窝。晚上上传SEM

Francois · 发表于 2017-2-24 15:19:46

配合锥孔磨削，齿轮出厂前100%磁力探伤无裂纹，装配后再拆下来做着色探伤，锥孔有多条裂纹出现，推断磨削烧伤所致压应力改变。

Francois · 发表于 2017-2-24 15:20:49

正火加刹#

Francois · 发表于 2017-2-24 15:22:28

正火现在已经加上了，装配后裂纹没有快速扩展到表面了，但锥孔内多条裂纹源依然出现。

Francois · 发表于 2017-2-24 15:24:17

锥孔尺寸和配合锥棒的尺寸均严格按图纸加工过盈量应该没有变。

Francois · 发表于 2017-2-24 15:28:12

晶粒度做了，14年的好件平均晶粒度9级，现在未正火的坏件8级左右。

心沐长风A · 发表于 2017-2-24 17:23:08

Francois 发表于 2017-2-24 15:22
正火现在已经加上了，装配后裂纹没有快速扩展到表面了，但锥孔内多条裂纹源依然出现。 ...

把锥孔里面有裂纹的地方做个金相，看看有没有白层，

七月 · 发表于 2017-2-25 18:28:12

有没有对内孔磨加工进行磨削烧伤检测，如果没有，也可以检测看看，上面不是怀疑磨加工内应力改变

cnszgong · 发表于 2017-2-25 20:29:54

本帖最后由 cnszgong 于 2017-2-25 20:31 编辑

锥形内孔----如果不做防渗处理、那么产品热处理前内孔多留些加工余量。等零件渗碳湛火完成后内孔可以先车去渗碳成然后再磨削加工提高内孔尺寸精度。这样基本就不用考虑磨削裂纹和所谓的氢脆以及漏渗碳问题了。

热处理协会 · 发表于 2017-2-27 15:51:49

秦时明月发表于 2017-2-24 09:27
此问题也经历过，委托某高校花了几万银子也没有找出真正原因。

找高校这个思路就是错误的，高校唯一可用也能够让我们用的是理论知识，完全是战略。而如何解决问题，我们练习的是战术，是用来一招毙敌的。学校都不知你的敌人是谁，如何教你毙敌。教你的，虽然效果不明显，但你也不能说它不行，毕竟还是可以强身健体的。

aaron01 · 发表于 2017-2-27 16:48:16

渗碳零件表面氢脆我只能说理论上有可能，实际上几乎没有可能。
理论上，渗碳气氛是含氢的，有很低很低的溶解度能够溶解一点点氢，不过渗碳淬火零件都是有后续回火的，相当于做过去氢处理了，所以我做渗碳那么多年，就没听说过氢脆问题，只知道酸洗、电镀后需要考虑这个问题。
另外，延迟开裂并不都是氢脆引起的，特别是对过盈配合这种应用方式，几乎都是延迟开裂的，原因是内应力。

身在此山 · 发表于 2017-2-27 23:06:28

本帖最后由身在此山于 2017-2-27 23:24 编辑

aaron01 发表于 2017-2-27 16:48
渗碳零件表面氢脆我只能说理论上有可能，实际上几乎没有可能。
理论上，渗碳气氛是含氢的，有很低很低的溶 ...

楼主说断裂件氢含量12 PPM。回M组织决定了高硬度（HRC55以上），过盈配合装配条件下孔口承受张力。发生氢脆的三个基本条件全部具备。
以我的经验，这个条件下，含氢12PPM 足以导致氢脆。现在唯一要验证的是：裂源在渗碳层，并且裂纹具有氢脆特征（不仅是裂源附近沿晶，瞬断区附近韧窝）。

身在此山 · 发表于 2017-2-27 23:20:24

热处理协会发表于 2017-2-27 15:51
找高校这个思路就是错误的，高校唯一可用也能够让我们用的是理论知识，完全是战略。而如何解决问题，我们 ...

此言极是！可以花几万银子找我。
鄙人的经验来自我们公司几年前渗碳件发生氢脆，导致产品召回，赔偿客人损失折合人民币将近 1200 万元。要赔这么多钱，一定要铁证如山：是氢脆，且氢脆来源于我们的制造过程。否则我们老板不会认账。
从那以后，我们对氢脆可能风险相当在意。

热处理协会 · 发表于 2017-2-28 08:11:20

身在此山发表于 2017-2-27 23:20
此言极是！可以花几万银子找我。
鄙人的经验来自我们公司几年前渗碳件发生氢脆，导致产品召回，赔偿客人 ...

具体哪个公司，这个是需要考查的

秦时明月 · 发表于 2017-2-28 08:49:17

热处理协会发表于 2017-2-27 15:51
找高校这个思路就是错误的，高校唯一可用也能够让我们用的是理论知识，完全是战略。而如何解决问题，我们 ...

我们找到了原因。

秦时明月 · 发表于 2017-2-28 08:50:30

身在此山发表于 2017-2-27 23:20
此言极是！可以花几万银子找我。
鄙人的经验来自我们公司几年前渗碳件发生氢脆，导致产品召回，赔偿客人 ...

这个问题我们已解决。

热处理协会 · 发表于 2017-2-28 15:20:15

秦时明月发表于 2017-2-28 08:49
我们找到了原因。

对头只有自己才是对现场最熟悉的，才是最有可能解决问题的。

热处理协会 · 发表于 2017-2-28 15:23:43

如果让我解决我会从残奥着手。

落水残阳 · 发表于 2017-2-28 19:42:16

1.渗碳温度下H的溶解度在7ppm左右
2.渗碳层硬度高、塑性低，无论是不是氢脆都会呈沿晶特征
3.还是看鸡爪纹

qibao9891 · 发表于 2017-2-28 23:46:22

本帖最后由 qibao9891 于 2017-2-28 23:47 编辑

首先确定的是，渗碳是会导致氢脆的。
其次请楼主上带尺寸图纸，我帮你看下过盈量。

天涯无芳草 · 发表于 2017-3-6 10:19:28

开裂的原因是，边角脆性太高，渗氮不均匀所倒置的，气体渗氮市靠热量分解氨气吸附在工件表面，所以表面氨气活性比较低，容易聚集在一个点，那样脆性就会高很多，也可以选择涂防氮液，但是不知道对气氮效果好不好

Francois · 发表于 2017-3-8 20:44:32

身在此山发表于 2017-2-27 23:06
楼主说断裂件氢含量12 PPM。回M组织决定了高硬度（HRC55以上），过盈配合装配条件下孔口承受张力。发生氢 ...

还有一个是内孔表面有磨削烧伤，导致裂纹起裂。

davidli · 发表于 2017-3-12 17:19:25

这种受压应力的服役状况下开裂，建议检查一下硬度梯度、回火是否充分、磨削后的表面是否有角状或者网状或者半网状碳化物。我觉得不应该是氢脆造成的，如果有氢脆存在的话，首先应该从外表面开裂啊（我的个人意见，拿出来和大家商鹤）。

Francois · 发表于 2017-3-16 20:49:03

锥孔渗碳淬火后+内控磨削后的，硬化层部位的SEM图，从图上看是典型的沿晶脆断，鸡爪纹很明显。或许是由于磨削烧伤致使表面拉应力，氢原子向应力集中出逃逸所致。

cnszgong · 发表于 2017-3-16 20:52:39

Francois 发表于 2017-3-16 20:49
锥孔渗碳淬火后+内控磨削后的，硬化层部位的SEM图，从图上看是典型的沿晶脆断，鸡爪纹很明显。或许是由于磨 ...

我觉得不能证明是渗碳造成的氢脆。

steelexpert · 发表于 2017-3-17 10:00:59

这种情况要考虑下材料是否有偏析，在裂纹处看看是否有合金元素偏析，主要看Mn。

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