目前,在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中已廣泛使用感應(yīng)淬火來(lái)提升強(qiáng)度和增加表面硬度,為確認(rèn)感應(yīng)淬火件的淬火質(zhì)量符合圖樣規(guī)定的技術(shù)要求,一般要對(duì)外觀、硬度、淬硬層深度、淬硬區(qū)域、金相組織、變形與裂紋這7項(xiàng)進(jìn)行檢驗(yàn)。但在實(shí)際應(yīng)用中,部分企業(yè)只是投入了機(jī)床或是委外進(jìn)行感應(yīng)淬火處理,并未認(rèn)真對(duì)淬硬區(qū)域這一檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)與控制,導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。下面將介紹一些案例,說(shuō)明感應(yīng)淬火件淬硬區(qū)域的重要性以及檢驗(yàn)要求。
為檢測(cè)感應(yīng)淬火件的淬硬區(qū)域及淬硬層深度,需要進(jìn)行取樣及磨樣等工作,因?yàn)橘M(fèi)時(shí)費(fèi)力,作為工作面的淬硬區(qū)域,一些企業(yè)經(jīng)常使用硬度計(jì)隨機(jī)在淬硬區(qū)進(jìn)行硬度檢測(cè),但沒(méi)有對(duì)淬硬區(qū)域是否符合要求進(jìn)行判斷。如果淬硬區(qū)域剛好在過(guò)渡或受力區(qū)域,即使其他檢驗(yàn)項(xiàng)目符合要求,同樣造成應(yīng)力集中,受力后造成斷裂。
1.階梯軸淬硬區(qū)域
在汽車(chē)零件部件中,涉及到階梯軸類(lèi)型的很多,對(duì)于某40Cr前殼產(chǎn)品(見(jiàn)圖1),要求淬硬層深5～7mm,由于淬火工藝不完善,為了保證淬硬層區(qū)域過(guò)大直徑倒角處,在圓角處線(xiàn)圈停留時(shí)間長(zhǎng),造成圓角處淬硬層深過(guò)深,應(yīng)力過(guò)大而容易開(kāi)裂。
圖1 要求的淬硬區(qū)域
廠家為避免此種情況,將淬火區(qū)域調(diào)整到如圖2所示,淬硬層中斷,大大降低了前殼的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度,發(fā)生早期斷裂。對(duì)于前殼承受扭矩的零件,淬硬區(qū)必須過(guò)大直徑倒角,因此對(duì)于類(lèi)似階梯軸產(chǎn)品,要檢驗(yàn)是否得到連續(xù)、不中斷的淬硬區(qū)域,就要考慮在臺(tái)階部位進(jìn)行取樣檢測(cè)(圖1 虛線(xiàn)框處)。
圖2 實(shí)際的淬硬區(qū)域
2.花鍵軸淬硬區(qū)域
某制動(dòng)凸輪軸產(chǎn)品,圖樣要求在局部光桿區(qū)淬硬層深1～3mm,淬硬區(qū)域邊界與花鍵退刀處有15mm的間隔,對(duì)在花鍵過(guò)渡區(qū)斷裂的實(shí)物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)光桿斷口處有1.3mm深的回火馬氏體組織,花鍵退刀斷口處為珠光體+鐵素體的金相組織,斷裂處正好是淬硬區(qū)與原始狀態(tài)的過(guò)渡區(qū),表面硬度從60HRC降到17HRC,從表面殘余壓應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力狀態(tài),在受到扭轉(zhuǎn)時(shí),極易發(fā)生斷裂。
3.光桿軸的淬硬區(qū)域
經(jīng)對(duì)某平衡懸架軸的失效件進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)斷裂的位置均處于淬火區(qū)與非淬火區(qū)的分界區(qū)域,經(jīng)CAE分析,斷裂位置正好是受力區(qū)域。經(jīng)與技術(shù)要求核對(duì)發(fā)現(xiàn),淬硬區(qū)長(zhǎng)度只有270mm,低于技術(shù)要求的350mm。在日常硬度及金相檢測(cè)中沒(méi)有對(duì)淬硬區(qū)域進(jìn)行確認(rèn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題。經(jīng)廠家對(duì)平衡懸架軸中頻淬火工藝改善后,淬硬區(qū)長(zhǎng)度增加到技術(shù)要求,經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證,平衡懸架軸斷裂故障率降低了95%以上。
4.整體淬火軸類(lèi)產(chǎn)品
以汽車(chē)半軸為例,淬硬區(qū)從半軸法蘭盤(pán)內(nèi)側(cè)R角一直花鍵末端。采用掃描淬火法時(shí),當(dāng)掃描到桿部與花鍵過(guò)渡段時(shí),有效圈上的磁力線(xiàn)常會(huì)產(chǎn)生偏移,即桿部未加熱到過(guò)渡區(qū)域,而花鍵部已加熱,因此臺(tái)階部位是過(guò)程控制中難保證的部位。為了縮短檢測(cè)時(shí)間,盡快掌握半軸感應(yīng)淬火質(zhì)量,推薦圖3虛線(xiàn)框處取樣位置。
圖3 半軸掃描淬火取樣位置
5.結(jié)語(yǔ)
在感應(yīng)淬火件的淬硬區(qū)域內(nèi),應(yīng)選擇一個(gè)或幾個(gè)斷面進(jìn)行解剖檢測(cè)分析,除了檢測(cè)淬硬層深度和金相組織外,還要考慮淬硬區(qū)域的檢測(cè)。
(1)局部淬火件
對(duì)于淬硬區(qū)長(zhǎng)度不長(zhǎng)的件,可以整段或分段取整個(gè)區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于淬硬區(qū)域較長(zhǎng)的件,可以選取有代表性的區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn),代表性的區(qū)域常選擇尺寸有變化的斷面、受力面或過(guò)渡區(qū)域。
(2)整體感應(yīng)淬火件
需多處取樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),選取的代表性區(qū)域同局部淬火件選用的原則,盡量能用最少的剖面對(duì)整體感應(yīng)質(zhì)量進(jìn)行有效判斷。
來(lái)源:熱處理生態(tài)圈
作者:苗國(guó)良、苗國(guó)良、徐龍立
單位:東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司
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