小型鑿巖機(jī)活塞是鑿巖機(jī)上的重要零件，選用材料20CrMnTi鋼制造。技術(shù)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(hù)，淬火冷卻。生產(chǎn)中多次出現(xiàn)在活塞環(huán)槽處發(fā)生脆斷事故。

斷裂發(fā)生于零件強(qiáng)度較低和應(yīng)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(xiàn)裂紋，有的加工中或使用中發(fā)生脆斷。斷面觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋起源于內(nèi)層，而后向外擴(kuò)展，斷面光滑，屬脆性斷裂。

斷口試樣經(jīng)化學(xué)成分、金相組織及晶粒度檢驗(yàn)，均屬正常。裂紋位于滲碳層過渡區(qū)域。金相觀察未發(fā)現(xiàn)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(qiáng)度下降造成的。

分析指出，以煤油為滲劑的滲碳?xì)夥罩泻写罅繗錃?，在較高溫度下氫的擴(kuò)散系數(shù)大，易于滲入鋼基體中。當(dāng)鋼中氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1×10-6時(shí)，將嚴(yán)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(jìn)入大量氫時(shí)易產(chǎn)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(hù)，工件處于高氫氣氛中，零件中的氫不但不能逸出，反而氫會(huì)繼續(xù)滲入。淬火時(shí)，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(dǎo)致氫脆；同時(shí)滲碳淬火后過渡區(qū)由于相變組織應(yīng)力和熱應(yīng)力作用形成高拉應(yīng)力峰，兩者共同作用，導(dǎo)致產(chǎn)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(shí)因外力作用，氫氣聚集釋放和內(nèi)應(yīng)力綜合作用，使零件經(jīng)一定時(shí)間發(fā)生延遲斷裂。經(jīng)檢驗(yàn)觀察和綜合分析，活塞環(huán)處脆斷是氫致脆斷。

為此，改進(jìn)了熱處理工藝，即采用高頻退火設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)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(chǎn)出來的活塞質(zhì)量穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)氫脆裂紋和斷裂現(xiàn)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(chǎn)，可以較大提高工人的生產(chǎn)效率。