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    熱鍍工藝相關的脆性

    與熱鍍工藝相關的脆性有三種,分別是氫脆(Hydrogen embrittlement,(HE))、液態金屬脆性(Liquid Metal Embrittlement (LME)),和應變時效脆性(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,并最終導致鋼開裂,這種現象被稱為氫脆。


    1 :氫原子誘捕機制


    圖2:氫誘脆性和氫氣泡的形成


    圖3:金屬微裂紋截面的計算機模擬圖,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小時,即使在熱鍍溫度下,氫原子也無法逃逸,這將會導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力上升,并最終導致零件的開裂。


    圖4:高強鋼焊縫熱影響區熱鍍后發生的氫脆


    對于抗拉強度小于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,無法逸出產生氫脆。氫脆是不會及時表現出來的,只有當零件承受載荷時,才會觀察到氫脆的發生。


    而熱鍍鋅時應變時效脆性,則是在完成熱鍍后短期內就發生了。


    也就是說,應變時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,并持續一段時間后才能觀察到。


    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、當不得不對高強鋼零件進行熱鍍時,也可對熱鍍工藝進行調整,降低氫脆發生的概率。比如,縮短酸洗時間。


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


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

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