小型鑿巖機活塞是鑿巖機上的重要零件，選用材料20CrMnTi鋼制造。技術要求為：淬硬層深度為1.5-1.8mm，表層淬火硬度為56-60HRC。熱處理工藝采用滲碳加熱并加煤油保護，淬火冷卻。生產中多次出現在活塞環(huán)槽處發(fā)生脆斷事故。

斷裂發(fā)生于零件強度較低和應力集中薄弱處環(huán)槽壁處，斷口與外圓平行，呈殼狀剝離，有的淬火后發(fā)現裂紋，有的加工中或使用中發(fā)生脆斷。斷面觀察發(fā)現，裂紋起源于內層，而后向外擴展，斷面光滑，屬脆性斷裂。

斷口試樣經化學成分、金相組織及晶粒度檢驗，均屬正常。裂紋位于滲碳層過渡區(qū)域。金相觀察未發(fā)現氧化脫碳、異常夾雜等缺陷。這說明活塞環(huán)處脆斷不是由于材料缺陷和組織異常致使強度下降造成的。

分析指出，以煤油為滲劑的滲碳氣氛中含有大量氫氣，在較高溫度下氫的擴散系數大，易于滲入鋼基體中。當鋼中氫質量分數超過1×10-6時，將嚴重影響零件材料的伸長率、斷面收縮率和延遲斷裂性能，使性能變壞；鋼中進入大量氫時易產生氫脆脆斷。鋼中氫氣在滲碳后如重新加熱淬火，氫氣將從鋼中逸出而消除其有害影響，然而該工件滲碳加熱中滴煤油保護，工件處于高氫氣氛中，零件中的氫不但不能逸出，反而氫會繼續(xù)滲入。淬火時，工件中的氫不能在馬氏體中大量固溶而突然釋放，很容易導致氫脆；同時滲碳淬火后過渡區(qū)由于相變組織應力和熱應力作用形成高拉應力峰，兩者共同作用，導致產生氫脆裂紋甚至斷裂。此外，氫脆斷裂有延遲特征，在后續(xù)加工（如噴丸或磨削）時因外力作用，氫氣聚集釋放和內應力綜合作用，使零件經一定時間發(fā)生延遲斷裂。經檢驗觀察和綜合分析，活塞環(huán)處脆斷是氫致脆斷。

為此，改進了熱處理工藝，即采用高頻退火設備進行感應淬火熱處理。此種方式有效避免了氫氣高溫滲入鋼中因素，防止氫脆發(fā)生。

許多廠家采用新的熱處理工藝后，生產出來的活塞質量穩(wěn)定，未發(fā)現氫脆裂紋和斷裂現象，取得了良好效果。更好的是此工藝適合大批量大規(guī)模生產，可以較大提高工人的生產效率。