一种用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

摘要

本发明公开了一种用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法，步骤如下：1)对高强度钢原材料进行镀铜处理；2)对镀铜处理的高强度钢进行淬火处理；3)对镀铜处理的高强度钢进行退火处理。本发明方法处理后的飞机高强度钢棒屈服强度大于极限抗拉强度的84％，加工成标准氢脆棒对氢极为敏感，主要用于评估航空化学品对高强度钢的氢脆性能，应用前景优良。

权利要求

1.一种标准氢脆棒，其特征在于：它是按照如下方法制备：

(1)取钢棒，镀铜处理；所述钢棒是高强度钢棒，其屈服强度为1400～1670MPa，抗拉强度为1700～1950MPa；

(2)淬火：以12℃/S～30℃/S加热速率加热至520℃～610℃，保温30min～60min；然后以15℃/S～30℃/S的加热速率加热至830℃～845℃，保温60min～80min；然后在淬火油中冷却；

(3)回火，所述回火的方法是：以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～240℃，保温240min～260min，室温冷却；然后以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～260℃，保温240min～260min，冷却。

2.根据权利要求1所述的标准氢脆棒，其特征在于：步骤(1)中，镀铜处理的方法是无氰电镀铜，条件为：硫酸铜210～240g/L，硫酸50～70g/L，酸性镀铜光亮剂9～12g/L，阴极电流2

密度2～8A/dm。

3.根据权利要求1所述的标准氢脆棒，其特征在于：所述标准氢脆棒屈服强度大于极限抗拉强度的84％。

4.一种制备标准氢脆棒的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(1)取钢棒，镀铜处理；所述钢棒是高强度钢棒，其屈服强度为1400～1670MPa，抗拉强度为1700～1950MPa；

(2)淬火：以12℃/S～30℃/S加热速率加热至520℃～610℃，保温30min～60min；然后以15℃/S～30℃/S的加热速率加热至830℃～845℃，保温60min～80min；然后在淬火油中冷却；

(3)回火；所述回火的方法是：以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～240℃，保温240min～260min，室温冷却；然后以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～260℃，保温240min～260min，冷却。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，镀铜处理的方法是无氰电镀铜，条件为：硫酸铜210～240g/L，硫酸50～70g/L，酸性镀铜光亮剂9～12g/L，阴极电流密度2～8A/dm2。

说明书

一种用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法，属于民航领域。

背景技术

[0002] 民航飞机上会用到各种金属材料，主要有铝合金；钛合金、不锈钢、高强度钢和超高强度钢等金属材料。根据这些金属材料的理化特性，分别使用在飞机的不同部位上，例如：AISI 4340钢和MIL-S-5000钢是高强度钢的中低碳合金钢，具有高强度、良好的韧性和抗疲劳、抗应力腐蚀的性能，特别是它具有很好的淬火性，淬火和回火后强度可达1960MPa，主要用来制造飞机上用于承重的起落架和大梁等部件。

[0003] 氢脆，是溶于钢中的氢聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹的现象，氢脆是影响飞机高强度钢零部件失效的主要元凶,如果飞机高强度钢部件在机械加工、表面处理、电镀和飞机日常维护等过程中采用不合适的工艺就会导致这些高强度钢零部件产生氢脆。因此，需要对飞机高强度钢部件在机械加工、表面处理、电镀和飞机日常维护方式进行检验，确定其是否会引起钢材氢脆。

[0004] 在对机械加工、表面处理、电镀和飞机日常维护方式进行检验时，需要制备标准氢脆棒，现有方法采用AISI 4340高强度钢棒、MIL-S-5000高强度钢棒等进行验证，但是实际检测结果显示它们对氢的敏感性不高，在实际引起钢材氢脆的条件下有时不会出现氢脆断裂，在不会引起钢材氢脆的条件下有时会出现氢脆断裂的情况，造成实际检测结果不准确。

[0005] 专利CN 106191690 A，报道了一种高强度合金钢热处理工艺，该技术解决了高强度钢热处理相关的工艺问题，未提及氢脆检测用氢脆棒的机械加工工艺；专利CN 107764663 A，公开了一种材料氢脆评价方法，该方法通过冲击功值和裂纹稳定扩展率的大小评价材料的氢脆敏感性，该方法未采用标准氢脆棒检测高强度钢氢脆性能。专利
200610124172.5，公开了一种电镀金属紧固件及其电镀工艺和氢脆的检测方法，该专利主要介绍了一种电镀过程中产生氢脆的方法，未涉及氢脆棒的加工工艺。

发明内容

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种加工标准氢脆棒的飞机高强度钢热处理工艺。

[0007] 本发明提供了一种标准氢脆棒，它是按照如下方法制备：

[0008] (1)取钢棒，镀铜处理；

[0009] (2)淬火：以12℃/S～30℃/S加热速率加热至520℃～610℃，保温30min～60min；然后以15℃/S～30℃/S的加热速率加热至830℃～845℃，保温60min～80min；然后在淬火油中冷却；

[0010] (3)回火。

[0011] 优选地，步骤(1)中，所述钢棒是高强度钢棒，其屈服强度为1400～1670MPa，抗拉强度为1700～1950MPa。

[0012] 步骤(1)中，镀铜处理的方法是无氰电镀铜，工艺为：硫酸铜210～240g/L，硫酸50～70g/L，酸性镀铜光亮剂9～12g/L，阴极电流密度2～8A/dm2。。

[0013] 步骤(3)中，所述回火的方法是：以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～240℃，保温240min～260min，室温冷却；然后以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～260℃，保温240min～260min，冷却。

[0014] 本发明前述标准氢脆棒屈服强度大于极限抗拉强度的84％。

[0015] 本发明还提供了一种制备标准氢脆棒的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

[0016] (1)取钢棒，镀铜处理；

[0017] (2)淬火：以12℃/S～30℃/S加热速率加热至520℃～610℃，保温30min～60min；然后以15℃/S～30℃/S的加热速率加热至830℃～845℃，保温60min～80min；然后在淬火油中冷却；

[0018] (3)回火。

[0019] 步骤(1)中，所述钢棒是高强度钢棒，其屈服强度为1400～1670MPa，抗拉强度为1700～1950MPa。

[0020] 步骤(1)中，镀铜处理的方法是无氰电镀铜，工艺为：硫酸铜210～240g/L，硫酸50～70g/L，酸性镀铜光亮剂9～12g/L，阴极电流密度2～8A/dm2。

[0021] 步骤(3)中，所述回火的方法是：以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～240℃，保温240min～260min，室温冷却；然后以12℃/S～25℃/S的加热速度加热至224℃～260℃，保温240min～260min，冷却。

[0022] 本发明提供了用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢热处理工艺，处理后的飞机高强度钢棒屈服强度大于极限抗拉强度的84％，加工成标准氢脆棒对氢极为敏感，可以用于准确评估航空化学品对高强度钢的氢脆性能，应用前景优良。

[0023] 显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

[0024] 以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

[0025] 图1加工标准氢脆棒的示意图

[0026] 图2标准氢脆棒的加载方式示意图

具体实施方式

[0027] 本发明方法所用原料均可以通过购买市售得到。

[0028] 实施例1用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

[0029] 1.对AISI 4340高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。

[0030] 2.以25℃/S加热速率加热至520℃，保温40min；然后以24℃/S的加热速率加热至830℃，保温70min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0031] 3.以25℃/S的加热速度加热至224℃，保温250min，室温冷却；然后以25℃/S的加热速度加热至224℃，保温250min，室温冷却。

[0032] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的84.4％。

[0033] 实施例2用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

[0034] 1.对MIL-S-5000高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。

[0035] 2.以20℃/S加热速率加热至540℃，保温60min；然后以20℃/S的加热速率加热至840℃，保温60min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0036] 3.以20℃/S的加热速度加热至230℃，保温260min，室温冷却；然后以25℃/S的加热速度加热至250℃，保温240min，室温冷却。

[0037] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的85.2％。

[0038] 实施例3用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

[0039] 1.对MIL-S-5000高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。。

[0040] 2.以30℃/S加热速率加热至610℃，保温30min；然后以15℃/S的加热速率加热至845℃，保温80min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0041] 3.以25℃/S的加热速度加热至240℃，保温240min，室温冷却；然后以25℃/S的加热速度加热至260℃，保温240min，室温冷却。

[0042] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的85.1％。

[0043] 实施例4用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

[0044] 1.对MIL-S-5000高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。。

[0045] 2.以12℃/S加热速率加热至610℃，保温30min；然后以30℃/S的加热速率加热至845℃，保温80min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0046] 3.以12℃/S的加热速度加热至240℃，保温240min，室温冷却；然后以12℃/S的加热速度加热至260℃，保温240min，室温冷却。

[0047] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的84.3％。

[0048] 实施例5用于加工标准氢脆棒的飞机用高强度钢棒热处理方法

[0049] 1.对MIL-S-5000高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。。

[0050] 2.以12℃/S加热速率加热至610℃，保温30min；然后以15℃/S的加热速率加热至845℃，保温80min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0051] 3.以12℃/S的加热速度加热至240℃，保温240min，室温冷却；然后以12℃/S的加热速度加热至260℃，保温240min，室温冷却。

[0052] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的84.0％。

[0053] 对比例1

[0054] 1.对AISI 4340高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm2。

[0055] 2.以10℃/S加热速率加热至550℃，保温45min；然后以10℃/S的加热速率加热至785℃，保温75min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0056] 3.以10℃/S的加热速度加热至215℃，保温250min，室温冷却；然后以10℃/S的加热速度加热至215℃，保温250min，室温冷却。

[0057] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的76.6％。

[0058] 对比例2

[0059] 1.对AISI 4340高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸2
性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm。

[0060] 2.以20℃/S加热速率加热至450℃，保温45min；然后以20℃/S的加热速率加热至785℃，保温75min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0061] 3.以20℃/S的加热速度加热至215℃，保温250min，室温冷却；然后以20℃/S的加热速度加热至215℃，保温250min，室温冷却。

[0062] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的77.6％。

[0063] 对比例3

[0064] 1.对MIL-S-5000高强度钢棒进行镀铜处理，工艺为：硫酸铜225g/L，硫酸60g/L，酸2
性镀铜光亮剂11.0g/L，阴极电流密度4.5A/dm。

[0065] 2.以10℃/S加热速率加热至580℃，保温45min；然后以10℃/S的加热速率加热至885℃，保温75min；然后在淬火油中冷却至室温，完成淬火处理。

[0066] 3.以10℃/S的加热速度加热至265℃，保温250min，室温冷却；然后以10℃/S的加热速度加热至275℃，保温250min，室温冷却。

[0067] 4.经过处理后的飞机高强度钢棒屈服强度为极限抗拉强度的71.5％。

[0068] 按照图1的要求加工标准氢脆棒，按照图2的方法对氢脆棒进行加载对氢的敏感性试验结果如下：

[0069]

[0070] 从上表中可以看出，按照图1的要求加工标准氢脆棒，按照图2的方法对氢脆棒进行加载，实施例1、2、3、4和5可通过氢脆敏感性试验，且在不同的加载应力条件下，对氢敏感，而对比例1、2和3不能通过氢脆敏感性试验，且在不同的加载应力条件下，对氢不敏感。

[0071] 实验结果证明，本发明方法制备的标准氢脆棒对氢敏感，在实际引起了高强度钢材氢脆的条件下，标准氢脆棒出现氢脆断裂，在不会引起钢材氢脆的条件下，标准氢脆棒不会出现氢脆断裂情况，检测结果准确，可用于机械加工、表面处理、电镀和飞机日常维护化学品的致氢脆性检验，应用前景优良。