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        4A11活塞裙鍛件表面缺陷分析研究

        2014-11-25 11:42:20南粉妮
        金屬加工(熱加工) 2014年23期
        關(guān)鍵詞:粗晶模鍛鍛件

        南粉妮

        我公司自2000年以來(lái),一直在生產(chǎn)某型柴油機(jī)4A11鋁活塞裙鍛件,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但在2014年,我公司有一批活塞裙零件,在粗加工后發(fā)現(xiàn)零件表面出現(xiàn)大量花斑,為確定缺陷性質(zhì),進(jìn)一步改善活塞裙鍛件質(zhì)量,避免此缺陷的重復(fù)發(fā)生,對(duì)缺陷部位進(jìn)行了分析研究。

        1.試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

        從表面局部發(fā)灰的10件中抽取1件較嚴(yán)重活塞裙,從目視缺陷嚴(yán)重處切取和制取試樣,分別對(duì)缺陷部位進(jìn)行化學(xué)成分分析、硬度檢驗(yàn)、低倍觀察及分析。

        (1)鍛件宏觀缺陷分析 對(duì)缺陷進(jìn)行宏觀照片觀察(見(jiàn)圖1、圖2),從圖1、圖2中可看出,在活塞表面存在部分顏色發(fā)灰區(qū)域,與其他正常部位存在明顯差異。

        (2)硬度分析 由于缺陷部位較大,我們對(duì)鍛件灰色區(qū)域取多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測(cè)(見(jiàn)圖3),從上中下3個(gè)部位分別測(cè)量。

        檢測(cè)結(jié)果如表1所示,從表1的灰色區(qū)域測(cè)量的硬度值,表2的正常區(qū)域測(cè)量的硬度值可以看出,灰色缺陷部位硬度明顯低于正常部位。

        圖1

        圖2

        圖3

        表1 灰色區(qū)域測(cè)量的硬度值 (HBW)

        表2 正常區(qū)域測(cè)量的硬度值 (HBW)

        (3)成分分析 分別對(duì)灰色缺陷部位和正常部位試樣進(jìn)行成分分析如表3所示,從表3可以看出,化學(xué)成分幾乎沒(méi)有區(qū)別,符合GB/T3090要求。

        (4)低倍缺陷評(píng)級(jí) 按照GB/T3246標(biāo)準(zhǔn)對(duì)灰色缺陷區(qū)域的表面和縱截面進(jìn)行低倍酸洗檢驗(yàn),進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)(見(jiàn)圖4、圖5)。

        通過(guò)外表面低倍試驗(yàn)和與晶粒度級(jí)別判定標(biāo)準(zhǔn)GB/T3246對(duì)照確定,局部晶粒度為7級(jí),通過(guò)縱截面低倍試驗(yàn)和與晶粒度級(jí)別判定標(biāo)準(zhǔn)GB/T3246對(duì)照確定,晶粒度7級(jí),粗晶帶最深超過(guò)10mm。

        2.缺陷討論分析

        (1)灰色缺陷本質(zhì) 灰色部位是由于該部位晶粒與基體晶粒大小差異較大,晶粒粗大造成了該處硬度降低。

        (2)粗晶缺陷形成機(jī)理 粗晶產(chǎn)生機(jī)制:金屬經(jīng)過(guò)塑性變形后自由能提高,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)將其加熱到適當(dāng)溫度時(shí)重新形成晶核并長(zhǎng)大。如果加熱溫度正利于晶粒長(zhǎng)大或加熱保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),晶粒會(huì)長(zhǎng)大形成粗大晶粒。晶粒長(zhǎng)大分為兩種類型,一種是逐漸長(zhǎng)大,表現(xiàn)為各個(gè)晶粒之間的相對(duì)大小比較接近;另一種是反常長(zhǎng)大,表現(xiàn)為各個(gè)晶粒間的相對(duì)大小極為懸殊,有的晶粒長(zhǎng)得非常大。在鋁合金模鍛件粗晶缺陷中,出現(xiàn)晶粒反常長(zhǎng)大的幾率較大。

        (3)粗晶缺陷因素分析 鋁合金模鍛件的粗晶缺陷與鍛件的材質(zhì)、鍛造工藝參數(shù)、鍛件形狀、模具溫度、熱處理工藝參數(shù)、模具表面粗糙度等因素有關(guān)。

        (4)分析調(diào)查 通過(guò)對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)逐一分析,除人員有變化外,其余均未變化,即5t模鍛錘,4A11活塞裙毛坯,活塞裙鍛造、熱處理工藝參數(shù),環(huán)境溫度和檢測(cè)方法均未發(fā)生變更。

        本批次零件為新成立班組人員生產(chǎn),對(duì)材質(zhì)為4A11活塞裙鍛造方法未掌握。5t模鍛錘屬?zèng)_擊載荷型裝備,行程不固定,鍛坯變形速度很難控制,因而要求操作者水平較高。對(duì)于4A11活塞裙鍛造,當(dāng)鍛坯變形速度較快時(shí),鋁合金來(lái)不及再結(jié)晶,其再結(jié)晶核心少,鍛后鍛件易形成粗晶。因此我們分析,模鍛初期錘擊力量大,致使鋁活塞裙鍛件一次變形量過(guò)大,金屬激烈流動(dòng)是造成鋁活塞裙表面晶粒粗大的根本原因。針對(duì)該問(wèn)題,我們?cè)诠に囍性黾硬僮髦笇?dǎo):模鍛要求輕擊逐漸向重?fù)暨^(guò)渡,最后重?fù)?~3次。

        采取以上措施后,我們?cè)嚿a(chǎn)了10件,結(jié)果該10件毛坯均進(jìn)行加工完畢后,無(wú)一件表面發(fā)灰現(xiàn)象。

        3.結(jié)語(yǔ)

        (1)4A11鍛件活塞表面的花斑為晶粒粗大造成,外觀表現(xiàn)為顏色與基體部位不同。

        (2)控制鍛造時(shí)變形速度可改善活塞的表面質(zhì)量。

        圖4 外表面低倍缺陷評(píng)級(jí)

        圖5 縱截面低倍缺陷評(píng)級(jí)

        表3 試樣成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

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