灰铸铁气缸锭子中频感应加热设备热处理工艺过程分析

气缸锭子是内燃发动机的重要零件，其材料为灰铸铁，采用中频感应加热设备进行加热表面强化。生产中发现，工件加热后，发现部分工件表面出现鼓泡、开裂失效现象。

检验发现，缺陷工件出现鼓泡、开裂及剥落破坏与中频感应加热设备热处理密切相关。加热温度越高，氨分解率越高，工件表面出现鼓泡、开裂及脆化现象越严重。气缸锭子缺陷部位显微检验观察发现，在鼓泡壳下的石墨片和心部石墨片相比，呈明显粗大状，石墨片尖端裂纹为放射状，并和相邻石墨片贯穿呈网络状孔洞。

灰铸铁气缸锭子加工工序为：铸造一中频感应加热设备热处理一机加工一去应力时效等。从气缸锭子缺陷检验特点与工件物理化学机制析可以判断，工件出现表面鼓泡与脆化爆裂和氢的渗入造成氢蚀与氢脆断裂密相关。试验表明，工件初始加热时，工件表面的氢产生氢蚀，使表面区域墨与氢反应生成烷类气体逸出，表面则形成无石墨的显微孔洞。继续加热时，扩散进入表层石墨相中。渗入的氢在石墨相界处产生很高的内氢压，当内氢压增大超过灰铸铁热屈服强度时，使工件表面产生鼓泡变形（灰铸铁室温抗拉强度约为100～400MPa，而在800K加热温度下，其热强度要低得多）。氨分解率趟大，氢的固溶度越大，生成的氢压力也越大。继续通过中频感应加热设备加热时，表面已形成的连续氮化物层特点是强度、硬度高但脆性大，呈压应力状态：而此时内氢压继续增大呈拉应力状态。当内氢压达到裂纹扩展临界应力时，则先在石墨尖角处应力区域产生裂纹，并出现裂纹扩展。裂纹扩展与交错分布的石墨相连形成贯一部分裂纹扩展至工件表面石墨片逸散出现的孔洞处，并释放应力。另外，在500 -600℃长时间加热中，出现Fe3C二次石墨化过程，碳在晶界上形成石墨，这相当于裂纹长大和延伸前移。在内氢压进一步增大的情况下，使脆化晶界区域裂f 裂纹扩展迅速，出现工件表面泡壳爆裂和剥落，并且贯穿形成较大的坑窝，导致工件失效破坏。

综上分析可知，灰铸铁气缸锭子表面出现鼓泡、孪形、裂纹及泡壳脆化剥落失效，主要是由于中频感应加热设备加热时氢渗入工件与石墨化作用产生氢蚀和氢脆缺陷造成的。对此，提出防止措施如下：(1)灰铸铁气缸锭子氢蚀和氢脆隐患在加热中，危险性大；而球墨铸铁件很轻微，对工件性能影响不大。可改换材料，采用球墨铸铁。(2)对灰铸铁气缸锭子气体加热后，立即进行去氢处理，可在300℃左右保温一段时间将氢排出，具体工艺依工件大小由试验确定。