案例分享：氣體滲氮后磨削崩邊
配油盤（見圖1）是液壓泵總成中的一個重要零件，與轉子組件組成液壓泵中的關鍵摩擦副。該配油盤材質為38CrMoAl，加工工藝流程為：鍛造→正火→調質→車銑加工→滲氮→磨削。其中調質技術要求為：調質硬度30～36HRC，金相組織按GB/T 11354—2005要求為1～2級；滲氮技術要求為：表面硬度≥900HV10，滲氮硬化層深度0.2～0.4mm，滲氮層脆性、疏松、氮化物均為1～2級合格。
圖1 配油盤宏觀照片
某批零件在磨削工序出現(xiàn)裂紋、崩邊脫落現(xiàn)象，如圖2所示，問題零件共200余件，缺陷均集中在配油盤的平面?zhèn)龋蛎鎮(zhèn)任窗l(fā)現(xiàn)類似問題。針對這一問題，進行理化檢驗分析，以找出具體原因。
圖2 配油盤崩邊脫落照片
使用直讀式光譜儀對零件進行化學成分分析，該零件設計材質為38CrMoAl，實測結果見表1。表1 配油盤化學成分（質量分數(shù)） （%）
從化學成分可以看出，零件化學成分符合GB/T 3077—2015中關于38CrMoAl的要求。對零件正常部位取樣進行滲氮性能檢驗，包括表面硬度、脆性等級、疏松等級、氮化物等級，結果見表2。表2 配油盤正常無裂紋處滲氮表面硬度等參數(shù)
由表2可看出，正常部位滲氮后表面硬度、金相組織等均符合技術要求。
針對以上結果，特對發(fā)生裂紋崩邊處進行取樣，檢驗其滲氮金相組織，檢驗結果如圖3所示。
圖3 配油盤崩邊脫落處金相
從圖3可看出，零件表面最外層存在全脫碳層，氮化物嚴重超標，呈連續(xù)網(wǎng)狀分布。個別嚴重部位表面氮化物層已脫落，殘留次表面的脫碳層。經(jīng)過以上理化分析，造成裂紋崩邊的直接原因是尖邊部位滲氮后表面產生嚴重的氮化物，在磨削過程中，尖邊處與砂輪摩擦會產生裂紋進而崩邊脫落。而造成嚴重氮化物的根本是滲氮前表面存在脫碳層，給嚴重氮化物的產生提供了基礎。下一步將對調質態(tài)毛坯樣件進行分析，以查找表面脫碳層產生的原因。對調質狀態(tài)原材料進行脫碳層深度檢驗，按GB/T 224—2008所規(guī)定的測定方法進行測定。實測脫碳層深約0.31mm，如圖4所示，調質態(tài)金相組織如圖5所示。
圖4 調質態(tài)脫碳層深
圖5 調質態(tài)金相組織
該工件表面預留加工余量約1.2mm，從理論上來說0.31mm的脫碳層是完全可以去除的，按廠內檢驗標準脫碳層深度不得超過成品加工余量的1/3，該調質態(tài)毛坯的脫碳層深是合格的。
最后通過對機加工過程的調查發(fā)現(xiàn)，該工件在前序車銑加工工序中，存在黑皮車不全等缺陷。對機加工定位夾緊工裝進行驗證，發(fā)現(xiàn)角度定位工裝出現(xiàn)偏移誤差，造成球面?zhèn)扰c平面?zhèn)葘嶋H加工余量嚴重偏差。通過演示計算分析，該批工件實際加工過程中，平面?zhèn)燃庸び嗔孔钚√巸H0.1mm，這就不能完全去除脫碳層，為后來的滲氮工序埋下隱患。
（1）該批配油盤尖角棱邊處氮化物超標，造成脆性嚴重，需報廢處理。（2）滲氮前零件表面不允許存在脫碳層，原材料檢驗過程中，應嚴格控制原材料脫碳層深度，不得超過后續(xù)加工余量的1/3。（3）各工序加工過程中應加強自檢，冷加工和熱加工工序間應加強溝通。作者：趙曉秀，劉愛龍，孟凡濤，楊同光
單位：山東常林機械集團股份有限公司節(jié)能液壓元件及系統(tǒng)國家重點實驗室
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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