脆性

高铬铁素体不锈钢、铁素体-奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和耐热钢， 在550℃~800℃之间长时间加热会析出σ相，从而使钢的脆性增大。σ相是成分范围很宽的Fe-Cr金属件化合物，目前还未测出σ相的上下限成分，其大多数成分可近似的表示为FeCr。σ相不仅在许多过渡族元素组成的二元合金中形成，在不少三元系中在某些特定的温度范围内，也发现有σ相存在。在高温合金中，也发现的二元σ相有Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mo、及Ni-Cr-Mo三元系中，在某些特定温度范围内，也有发现σ存在。在高温合金中，也发现二元σ相有FeCr、CoCr、FeMo，三元系σ相如FeCrMo、NiCrMo、和四元系（CrMo）（Nico）y等。

1 σ相的性质及其对性能的影响

σ相的结构很复杂，属于正方晶系。晶胞中有30个原子，点阵常数为a=8.75～8.81kX，c=4.54～4.58kX。σ相硬度很高，Fe-Cr系不锈钢中，σ相的硬度为86HRC其它合金中的σ相的硬度略有波动。σ相很脆，σ相沿晶界或呈片状分布时，使钢的韧性和韧度显著下降。少量的σ相形成使基体贫铬，因而使基体的抗蚀性下降，并降低了固溶强化的效果。

2钢的成分、热处理与σ相的形成

σ相通常在高铬钢中形成。σ相的形成倾向很小。σ相形成速度很慢。因此有些合金在使用前虽然没有σ相，但在550℃~800℃温度下长期使用时，却可能因为σ相的逐步形成而导致性能恶化使工件早期失效。在高铬不锈钢、镍铬不锈钢及耐热钢中， 铬含量越高， 越易形成σ相， 铬的成分超过45%时， σ相的形成倾向最大。Si、P、Mo、V、Ti、Nb等元素能够促进σ相的形成；Mn使σ相脆性的极限Cr含量降低，因此，Cr-Mn-N不锈钢中，比较容易出现σ相。

σ相能从奥氏体中直接析出，也能从 δ铁素体中形成。研究表明，由于8铁素体的铬含量较高，加上Si、Mo等铁素体形成元素富集于铁素体，促进了σ相的形成，因而从δ铁素体转变为σ相比较容易。δ铁素体形成σ相的过程很复杂，一般认为首先形成少量细小的奥氏体，然后在δ中析出细小的碳化物，并在y/8 一

相界上析出σ相。

合理的热处理工艺可以抑制σ相的形成。对于奥氏体不锈钢，固溶处理温度不宜过高，保温时间不宜过长，以便使钢中不产生过量的8铁素体而增大σ相的形成倾向。若在铸造、焊接和热处理过程中，产生了有害的σ相，可在820℃以上温度加热或采用固溶处理予以消除。消除σ相的热处理温度根据钢的成分试验确定。

铁素体-奥氏体复相不锈钢，其金相组织为铁素体基体上分布有小岛状奥氏体，8铁素体的体积分数约占50%～70%，由于这类钢含有较多8铁素体，σ相析出倾向较大，故使用温度不宜超过350℃。

 

电镀脆性的影响因素

电镀工件的氢脆受基体材料和电镀工艺参数的影响，一般规律如下：

不同的基体金属材料具有不同的阴极渗氢倾向。一般认为：按Pd、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Sn、Cu的顺序，渗氢程度递减。

随着电流目的的升高，一方面阴极表面吸附氢原子的覆盖率增大，使渗氢率增加；另一方面提高电流密度往往使镀层质量和结构变化，从而使渗氢量减少，因此，有时随电流密度的变化，渗氢率会出现极大值。

一般情况下，渗氢量随着镀液温度的升高而下降。例如，镀铬时在电流密度为50A/dm²，温度分别为35℃、55℃和80℃的条件下，镀铬层氢的质量分数分别为0.07%、0.05%和0.03%。

溶液的PH值对渗氢的影响比较复杂。PH值下降，溶液中氢离子浓度增大，促进了渗氢过程进行，但是酸性镀液的电流效率高，产生的总氢量较少，又能减轻渗氢量。另外PH值的变化影响镀层中夹杂物的组成和渗氢过程。因此，PH值对渗氢量的影响没有简单的规律，取决于多种因素的共同作用。

电镀溶液的组成不同，获得的电镀层成分和结构也不同，从而对渗氢也有影响。

 

渗层脆性

对于高硬度渗层，如渗氮表面硬度可达HV1100~1200，渗硼层硬度高达HV1300~2000，热处理不放还可能产生渗层脆性过大，导致早期剥落。

1渗氮层脆性

渗氮层脆性常用维氏硬度法检查评定，GB11354《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中规定，根据维氏硬度压痕边角破碎程度，渗层现在分为5 级，如表3所示。

 

 

 

氮化层脆性过大可能的原因是：

1）液氨含水量过高，吸湿剂失效未及时更换或未进行再生处理造成脱碳引起。

2）单工件表面脱碳层未全部加工掉，在化合物层和白亮层之间产生针状化合物。

3）氨分解率过低，工件表面氮含量过高，形成脆性ε相，或者虽然进行过退氮处理，但工艺不当。

4）渗氮温度过高，氮含量过高，形成严重的网状组织。

5）工件预备热处理不当，组织粗大或油里铁素体过多，造成渗层针状组织网网状组织。

6）工件有尖角、锐角、表面太粗糙，经常出现网状组织。

氮化层脆性检查如有超标现象，可以采用如下方法之一进行补救：

1）进行退氮处理，工艺是500℃~520℃，氨分解率≥80%，保温3～5小时。

2）磨削加工去除白亮层。

 

渗硼层脆性

评价渗硼层脆性的方法是根据其脆断损坏和剥落损坏的不同而异。"脆断脆性"可用三点弯曲声发射测得的脆断强度来衡量。用砂轮磨削可测试剥落倾向，可用衡量“剥落脆性”。

具有FeB和Fe-B两相组织的渗层容易产生剥落损坏，而具有单相FeB组织的渗层容易产生脆性损坏。

减少渗硼层脆性的途径：

1 选择合适的渗硼工艺，力求获得单相Fe2B单相组织。

2进行合适的渗后热处理。

渗硼后采用恰当的热处理，一定程度上可以减少渗层的脆性。轻载工件不会产生剥落，渗硼后空冷即可。重载零件，渗硼后必须就那些淬火和回火。基体硬度高于HRC40以上，可以避免发生凹陷。为了减轻脆性应兼顾脆断脆性和剥落脆性。回火温度提高，基体比体积减小，表面残余压应力增大，这对脆断脆性有利，对剥落不利。为了防止剥落失效，回火温度应低一些。回火温度的选择，应根据渗硼零件在实际服役条件中的失效形式而定。

过高的淬火加热温度和强烈的淬火介质，均易产生裂纹和剥落缺陷。因此合理地选择加热温度和淬火介质。对防止脆性有一定的意义。