關(guān)于白點(diǎn)形成的理論較多,但比較有說(shuō)服力而又能被實(shí)踐證明的是:白點(diǎn)是由于鋼中氫和組織應力共同作用的結果。這里的組織應力主要指奧氏體轉變?yōu)轳R氏體和珠光體時(shí)形成的內應力,沒(méi)有一定數量的氫和較顯著(zhù)的組織應力,白點(diǎn)是不能形成的。但是,若只是含氫量較高,而組織應力不大,一般也不會(huì )出現白點(diǎn)。例如,單相的奧氏體和鐵素體類(lèi)鋼,因沒(méi)有相變的組織應力,就少出現白點(diǎn)。
氫氣和組織應力是如何促使形成白點(diǎn)的呢?目前對這些問(wèn)題的認識大致如下:
1)鋼中含有氫時(shí),使鋼的塑性降低。當含氫量達到某數值時(shí),塑性急劇地下降,造成氫脆現象。尤其當鋼內長(cháng)時(shí)間存在應力的情況下,氫可以擴散到應力集中區(間隙溶解的氫原子有集中到承受張應力的晶格中去的傾向),并使其塑性下降到幾乎等于零。在應力足夠大時(shí)就產(chǎn)生脆性破斷。
例如25CR2NI2MO鋼含14.5CM3/100G的氫時(shí),于900℃正火,600℃回火后的伸長(cháng)率降至0.6%,斷面收縮率降至0;含7.84CM3/100G的氫時(shí),淬火狀態(tài)的伸長(cháng)率和斷面收縮率均降至0.20鋼含170CM3/100G的氫時(shí),退火狀態(tài)的伸長(cháng)率降為0.2%,斷面收縮率為0;含12.76CM3/100G的氫時(shí),淬火狀態(tài)的伸長(cháng)率和斷面收縮率均降至0;
2)煉鋼時(shí)鋼液中吸收的氫,在鋼錠凝固時(shí)因溶解度減少而析出。它來(lái)不及逸出鋼錠表面而存在于鋼錠內部空隙處。壓力加工之前加熱時(shí),氫又溶于鋼中,壓力加工后的冷卻過(guò)程中由于奧氏體分解和溫度降低,氫在鋼中溶解度減少,氫原子從固溶體中析出到鋼坯內部的一些顯微空隙處。
鋁合金鍛造
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鋁合金壓鑄
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氫原子在這里將結合成分子狀態(tài),并產(chǎn)生相當大的壓力(當鋼中含氫量為0.001%,溫度為400℃時(shí),這種壓力可高達1200MPA以上)。另外,氫與鋼中的碳反應形成甲烷(CH4),也造成很大的分子壓力。這一點(diǎn)被有的白點(diǎn)表面有脫碳現象所證實(shí);
3)鋼坯在冷卻過(guò)程中因相變而造成的組織應力在一定條件下可達到相當大的數值(樹(shù)枝狀偏析愈嚴重、冷卻速度愈快、淬透性愈好的鋼,組織應力就愈大)。
因此,鋼氫脆失去了塑性,在組織應力及氫析出所造成的內應力的共同作用下,使鋼發(fā)生了脆性破裂,這就形成了白點(diǎn)。壓力加工過(guò)程中不均勻變形經(jīng)起的附加應力和冷卻時(shí)的熱應力對白點(diǎn)形成也有一定影響。
鑄鋼因為內部有許多較大的空隙,氫析出時(shí)不會(huì )造成很大的內應力,因此對白點(diǎn)不敏感。鐵素體和奧氏體類(lèi)鋼因冷卻時(shí)無(wú)相變發(fā)生,不會(huì )有組織應力,所以一般也不出現白點(diǎn)。萊氏體鋼冷卻時(shí)雖有較大的組織應力,但可能是由于氫在這些鋼中形成穩定的氫化物和由于復雜的碳化物阻礙了氫的析出等原因,也不產(chǎn)生白點(diǎn)。
白點(diǎn)常常是鍛件冷卻至室溫后幾小時(shí)或幾十小時(shí),甚至長(cháng)的一段時(shí)間后才產(chǎn)生的。例如,160MM的馬氏體類(lèi)合金結構鋼方坯,冷卻后12、24、48H均未發(fā)現白點(diǎn),直到72H才發(fā)現白點(diǎn)。另外,白點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生后,在以后的繼續冷卻和放置期間還不斷地擴大和產(chǎn)生新的白點(diǎn)。因此,檢查白點(diǎn)應在冷卻后再隔一段時(shí)間進(jìn)行。