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中心楔块是铁路机车车辆缓冲器的重要零件，其材料为20crMnMo钢。中心楔块外形及开裂部位如图1747所示。中心楔块工作中主要承受摩擦磨损和冲击作用，要求硬度为55～ 60HRC。中心楔块采用中频感应加热锻造，热处理采用920~C±10℃渗碳后缓冷至850~C保温30min，然后油中淬火，并于200~C回火处理。进口轴承生产中发现，进口轴承工件处理后经一定时间出现断裂。为提高缓冲器质量，以确保机车行车安全，对开裂中心楔块进行了检验和分析，确定工件断裂系氢脆引起，并提出了防止氢致断裂工艺措施。 中心楔块试样取自断裂部位，金相检验观察发现，渗碳层组织是回火马氏体，进口轴承表层呈针状马氏体特征，约有15％(体积分数)残留奥氏体，但晶粒较粗大，为6～7级组织；心部为低温回火条状马氏体，晶粒也较粗大。楔块断口检验具有典型脆性断口特征，断口平齐，断口区域未见明显塑性变形，楔块外表面粗糙状，并发现折叠等组织缺陷，如图17—48a所示(箭头处)。扫描电镜断口观察如图1748b和c所示。

边缘渗层部位，其形貌呈典型沿晶断裂特征，具有氢致断裂相似断口形貌，呈冰糖状沿晶裂纹。中心楔块及随炉试样的氢含量检测结果见表17—18，工件力学性能测试如下，试件冲击吸收功为43J和39J，均低于技术要求(冲击吸收功≥55J)。 分析认为，中心楔块氢含量偏高，在一般情况下，钢中氢的质量分数达 O．0001％～O．0002％时，将使a。>1000MPa的钢产生氢脆，而断裂楔块的氢含量是危险值的5倍，出现氢致脆断应属必然。，冲击检验表明，20CrMnMo钢断裂楔块的冲击韧度不合格，低于国家技术要求指标。氢渗入工件后在应力诱导下扩展，在氢富集区域形成三向应力高峰区，工件微观原子结合力下降，在较低应力下导致工件发生氢致脆断。另一方面，工件渗入氢，使组织中的界面能降低，使性能恶化，促进了工件脆断失效发生。从断口观察可以看出，楔块渗碳区断口具有典型的氢致滞后断裂形态特征及沿晶断裂形貌。分析表明，中心楔块断裂是氢在渗碳中渗入工件引起的氢致滞后断裂。

进一步分析氢脆起因有以下几点：

(1)中心楔块锻件表面粗糙，坑凹处、凸棱和折叠缺陷的存在增大了氢气在工件上的吸附面和吸附量。折叠缺陷类似于裂纹处易引发应力集中，形成应力场，使H2在缺陷处吸附和富集。当氢含量达到临界含量后，产生应力诱导滞后裂纹，裂纹缓慢扩展，并最终造成中心楔块氢致滞后断裂。

(2)进口轴承工件渗碳处理后，组织粗大并出现组织缺陷。进口轴承表面层为粗大针状回火马氏体，为6—7级，渗碳层出现0．02mm脱碳层缺陷。锻造正火后出现4级晶粒粗大组织，并发现带状缺陷组织。上述不良粗大组织及缺陷使工件局部区域组织应力增加，形成三向应力场并吸引氢陷阱中的氢原子造成氢富集区域，当达到临界含量后诱导工件氢致滞后断裂失效。

(3)渗碳中炉内渗剂、稀释剂分解产生氢气，炉内氢压增大，工件处于高温氢环境中。当渗剂中含有As、sn、P等元素，将使氢含量增加，起催化作用，气氛中氢压增大，使工件氢脆倾向和危险增大。这是氢致滞后断裂的源头和主要原因。

(4)高强度钢氢脆敏感。20Cr’MnM~·钢a。=1352MPa，属于高强度钢。这也是渗碳后出现氢致脆断的原因之一。

为避免20CrMnMo钢中心楔块出现氢致滞后断裂失效，提出防止措施如下：

(1)提高进口轴承工件锻件表面质量，消除工件表面折叠、凸棱、坑凹和粗糙不平缺陷。

(2)工件锻后进行正火处理，细化组织，并消除锻后工件应力。 (3)工件渗碳后，缓冷至300~C左右保温一段时间，使氢扩散逸出。这样去氢效果好，可防止氢脆发生。

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