锻造支撑辊经过超声探伤,内部没有缺陷,辊子发往用户(陕西),数月后,辊子出现断裂。针对此事谈几点关于氢对大型锻件的影响。 此种情况表明,材料内部缺陷产生于*终探伤后到**使用前这一段时间。在零载荷放置情况下出现的断裂。这种情况比较少见,引起这种滞后失效的主要原因是氢脆。常出现在大型锻件中,引起的失效为发裂。早期的出版物(Zapfe 和 Sims1940年出版的)认为,从锻造的冷却开始到数年后,发裂可以发生在任何时候。*近的观点,Fruehan(1997年)谈到,发裂是滞后失效,通常发生冷却开始后的2--20天。 钢中的氢 钢中的氢是不可避免的,本世纪上半叶,在大型锻件产品中,由氢引起的发裂仍将是一个大的问题。小型辊子可以通过锻后处理避免问题的产生,*简单的方法是锻后缓冷。大型锻件,只缓冷使氢扩散不够也不经济,应通过扩氢退火,使氢扩散出去。 要解决这个问题,钢厂必须按标准除气,对大型铸锻件而言,钢水中的氢含量应控制在2ppm,或者更低。尽管如此,发裂不可能完全解决,发裂是一个相当复杂的问题。例如,现代钢厂冶炼的高纯净钢,钢中硫化物和氧化物含量很低,同时减少了材料内部氢聚集区域,但个别区域出现高的氢聚集区,这种情况更不可取。 按照常规,2ppm的氢含量应该相当**,但是必须避免氢的不均匀分布,切记内部应力在发裂过程中可能起了决定性的作用。 氢的扩散 材料里面的氢必须除去,以免引起材料脆性或出现滞后断裂。这点*好的证据是冲击实验,没有氢脆影响的冲击试样,可以经受高速冲击载荷(Smialowski,1962年)。 发裂的潜伏期取决于氢在室温的扩散;一旦发裂开始形成,氢扩散到裂纹前缘,使裂纹迅速扩展。氢在钢铁中扩散的数据因此而变的相当重要。由于测量上的困难,使这些数据的测定存在许多不确定因素,特别是在低温;六十年代的资料显示,**位的影响因素主要是显微组织和合金元素,扩散速度在三个数量级范围内变化,*近出版的手册显示氢在室温的扩散系数在七个数量级范围内变化。*晚出版的资料提出,在250C氢在钢铁中的扩散系数为10-5-10-12cm2/s的范围内变化。 氢在钢中扩散的距离大约为(D.t)1/2,其中D与扩散系数有关。十天后,钢中的氢由于扩散已发生了位移,位移在0.1-1毫米(通常扩散系数为10-3--10-6cm2/s)。相对材料的晶粒度而言,氢发生了大的位移(晶粒度大约为50μm,按照ASTM标准为6级晶粒度),即使在低温。 钢在室温除氢已在《Million and Million》(1971年出版的)一书中做了充分的描述:从锻件的相应位置取样,在室温下保存200小时后,显示氢含量为2.9Ncm3/100g,一个月后,氢含量为1.3Ncm3/100g,六个月后,氢含量为0.04Ncm3/100g