灰鑄鐵氣缸錠子中頻感應加熱設備熱處理工藝過程分析

氣缸錠子是內燃發動機的重要零件，其材料為灰鑄鐵，采用中頻感應加熱設備進行加熱表面強化。生產中發現，工件加熱后，發現部分工件表面出現鼓泡、開裂失效現象。

檢驗發現，缺陷工件出現鼓泡、開裂及剝落破壞與中頻感應加熱設備熱處理密切相關。加熱溫度越高，氨分解率越高，工件表面出現鼓泡、開裂及脆化現象越嚴重。氣缸錠子缺陷部位顯微檢驗觀察發現，在鼓泡殼下的石墨片和心部石墨片相比，呈明顯粗大狀，石墨片尖端裂紋為放射狀，并和相鄰石墨片貫穿呈網絡狀孔洞。

灰鑄鐵氣缸錠子加工工序為：鑄造一中頻感應加熱設備熱處理一機加工一去應力時效等。從氣缸錠子缺陷檢驗特點與工件物理化學機制析可以判斷，工件出現表面鼓泡與脆化爆裂和氫的滲入造成氫蝕與氫脆斷裂密相關。試驗表明，工件初始加熱時，工件表面的氫產生氫蝕，使表面區域墨與氫反應生成烷類氣體逸出，表面則形成無石墨的顯微孔洞。繼續加熱時，擴散進入表層石墨相中。滲入的氫在石墨相界處產生很高的內氫壓，當內氫壓增大超過灰鑄鐵熱屈服強度時，使工件表面產生鼓泡變形（灰鑄鐵室溫抗拉強度約為100～400MPa，而在800K加熱溫度下，其熱強度要低得多）。氨分解率趟大，氫的固溶度越大，生成的氫壓力也越大。繼續通過中頻感應加熱設備加熱時，表面已形成的連續氮化物層特點是強度、硬度高但脆性大，呈壓應力狀態：而此時內氫壓繼續增大呈拉應力狀態。當內氫壓達到裂紋擴展臨界應力時，則先在石墨尖角處應力區域產生裂紋，并出現裂紋擴展。裂紋擴展與交錯分布的石墨相連形成貫一部分裂紋擴展至工件表面石墨片逸散出現的孔洞處，并釋放應力。另外，在500 -600℃長時間加熱中，出現Fe3C二次石墨化過程，碳在晶界上形成石墨，這相當于裂紋長大和延伸前移。在內氫壓進一步增大的情況下，使脆化晶界區域裂f 裂紋擴展迅速，出現工件表面泡殼爆裂和剝落，并且貫穿形成較大的坑窩，導致工件失效破壞。

綜上分析可知，灰鑄鐵氣缸錠子表面出現鼓泡、孿形、裂紋及泡殼脆化剝落失效，主要是由于中頻感應加熱設備加熱時氫滲入工件與石墨化作用產生氫蝕和氫脆缺陷造成的。對此，提出防止措施如下：(1)灰鑄鐵氣缸錠子氫蝕和氫脆隱患在加熱中，危險性大；而球墨鑄鐵件很輕微，對工件性能影響不大。可改換材料，采用球墨鑄鐵。(2)對灰鑄鐵氣缸錠子氣體加熱后，立即進行去氫處理，可在300℃左右保溫一段時間將氫排出，具體工藝依工件大小由試驗確定。