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        控制熱擠壓缺陷的難點(diǎn)與對策

        2015-11-16 06:06:10裴騰鵬李麗芳葛林靜蔡海濤
        金屬加工(熱加工) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:裂紋對策

        裴騰鵬,李麗芳,葛林靜,蔡海濤

        我公司是國內(nèi)規(guī)模最大的汽車軸頭生產(chǎn)企業(yè)之一,軸頭用于重型載貨汽車后橋兩端支承,工作環(huán)境復(fù)雜,既要考慮載重和瞬間沖擊影響,又要承受復(fù)雜的交變應(yīng)力與疲勞循環(huán)應(yīng)力的交變作用,屬I類安全件。

        軸頭產(chǎn)品通常要經(jīng)過下料→熱擠壓→粗機(jī)加→熱處理→精加工四個(gè)主要生產(chǎn)過程。在20余年的加工歷史中,熱擠壓既是我們核心技術(shù),同時(shí)也是質(zhì)量控制的難點(diǎn)。根據(jù)質(zhì)量管理體系要求,我們把熱擠壓工序定義為特殊過程,并對這個(gè)過程及時(shí)展開缺陷分析與對策方案解決工作,下面結(jié)合軸頭熱擠壓時(shí)產(chǎn)生的缺陷實(shí)例進(jìn)行分析,并提出有效的解決方案。

        軸頭在熱擠壓生產(chǎn)過程中的缺陷主要有:晶粒粗大、折疊、環(huán)裂等,因不易直接檢測被發(fā)現(xiàn),所以成為質(zhì)量控制難點(diǎn)。

        在這里特指晶粒度5級(jí)以下(按GB/T6394測定)。我公司對軸頭的晶粒度一直按5~8級(jí)控制,其與坯料加熱溫度及時(shí)間有直接關(guān)系,熱擠壓工藝要求加熱溫度和時(shí)間隨軸頭毛坯的重量(7~47kg)及材質(zhì)而定,溫度控制范圍在1100~1200℃,時(shí)間為50~140s。

        (1)晶粒度超標(biāo)(1~4級(jí)) 晶粒度4級(jí)。

        危害:根據(jù)我廠多年實(shí)踐驗(yàn)證,4級(jí)晶粒度直接決定著后續(xù)的熱處理質(zhì)量,因晶粒粗大,淬火時(shí)形成的淬火馬氏體晶間存在著明顯的顯微裂縫,可能會(huì)導(dǎo)致淬火開裂,即使無裂紋,對調(diào)質(zhì)后軸頭力學(xué)性能也有著決定性影響,粗大的晶??赡軙?huì)降低軸頭的抗拉強(qiáng)度及屈強(qiáng)比,沖擊值也將大幅下降,一般KU2<40J/cm2,若裝配使用,汽車通過起伏不平的路面時(shí),可能會(huì)在瞬間發(fā)生“脆斷”。

        對策:控制加熱時(shí)間及溫度,增加溫控時(shí)間繼電器及超溫報(bào)警裝置。晶粒粗大是由于熱擠壓加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長造成的,通過增加正火工序可起到細(xì)化晶粒的作用,通過再次高倍檢測,當(dāng)晶粒度達(dá)到5級(jí)以上,可轉(zhuǎn)入下道工序。

        晶粒度1~3級(jí),如圖1所示。危害及對策:此時(shí)工件內(nèi)部晶粒晶界上可能已出現(xiàn)局部熔化和氧化現(xiàn)象,軸頭毛坯外觀或已出現(xiàn)撕裂狀,只能做報(bào)廢處理。

        (2)折疊 折疊是金屬變形過程中已氧化過的表層金屬匯合到一起而形成的。就軸頭產(chǎn)品來說,熱擠壓后折疊的形狀與裂紋相似,多發(fā)生在內(nèi)孔,其是在熱擠壓時(shí)由上下兩股金屬對流匯合而形成的,嚴(yán)重時(shí)可貫通于整個(gè)壁厚,如圖2所示。

        圖 1 500×

        圖 2

        危害:通過低倍組織檢查,可以發(fā)現(xiàn)從軸頭內(nèi)表面到內(nèi)部折疊構(gòu)成一條明顯的隆起線,我們可稱之為折紋,從表面到折紋結(jié)束的距離即折紋的長度稱為折疊深度。

        折疊對軸頭的后續(xù)加工與內(nèi)在質(zhì)量都有嚴(yán)重影響,首先折疊在后續(xù)熱處理淬火時(shí)易造成延伸以致貫通開裂,如圖3所示。其次折疊深度<1mm時(shí),不易在隨后探傷工序中發(fā)現(xiàn),若裝配使用后會(huì)形成應(yīng)力集中,形成疲勞源,在疲勞循環(huán)應(yīng)力的交變作用下最終導(dǎo)致開裂。

        微觀形態(tài)與判定方法。斷口分析,在金相顯微鏡上觀察可知,如圖4所示。裂紋順著流線且有脫碳,說明是熱擠壓時(shí)形成的折疊。

        流線之間有脫碳,且已形成內(nèi)裂紋。流線與裂紋方向一致,裂紋完全沒有切割流線。表明裂紋是折疊性質(zhì)(見圖5)。

        對策:折疊多發(fā)生在軸頭法蘭成形工序,部位在軸頭中部,此處正是熱沖壓時(shí)上下兩股金屬流匯合處,這是由于模具調(diào)整不合適及潤滑不夠,或熱擠壓工序間變形量選擇不當(dāng)造成的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),小于10k g且壁厚<15mm軸頭毛坯易發(fā)生此種現(xiàn)象,所以對此我們有以下對策:①模具試生產(chǎn)時(shí),首件必須做低倍折疊檢驗(yàn)(流線檢查),每件必須內(nèi)外觀檢查,流線檢查不合格必須增加熱沖壓工序,減少工序間變形量。②對坯料進(jìn)行外觀檢驗(yàn),去除毛刺、飛邊等到缺陷。③在石墨乳潤滑劑中加入10%~15%的油酸,加強(qiáng)潤滑效果。

        (3)環(huán)形裂紋 軸頭坯料在熱沖壓時(shí),由于坯料加熱不當(dāng)或坯料熱擠壓時(shí),在外力作用下,變形過程中局部或整體被沖壓撕裂的現(xiàn)象,表征為環(huán)形,多出現(xiàn)在內(nèi)孔(見圖6)。

        危害:環(huán)形裂紋對軸頭質(zhì)量影響同折疊缺陷相似,同樣體現(xiàn)在熱處理工序。且<1mm深度的裂紋不易發(fā)現(xiàn),在使用中由于交變載荷作用,該缺陷會(huì)逐步擴(kuò)大,使軸頭有效載荷面積不斷縮小,最終形成失效斷裂。但環(huán)形裂紋若被及時(shí)發(fā)現(xiàn),通過機(jī)加手段消除,可滿足后續(xù)工序要求,這也是其與折疊的顯著差別。

        微觀形態(tài)與判定方法。在金相顯微鏡上觀察可知:從內(nèi)孔邊緣0.9mm處開始一直到向外徑方向延伸的5mm深度范圍內(nèi),均有塊狀及條狀氧化物夾雜的分布,并可見連續(xù)分布的長條狀全脫碳(見圖7)。這些氧化物夾雜是在熱擠壓過程中形成的缺陷(見圖8)。

        對策:軸頭熱擠壓時(shí)的環(huán)形裂紋多發(fā)生在沖孔工序,部位在法蘭下部,產(chǎn)生的原因?yàn)槟>哒{(diào)整不當(dāng),坯料懸空,沖孔工序形成了正擠壓,就會(huì)形成環(huán)形裂紋?;蛘吲髁霞訜釙r(shí)加熱速度過快,造成內(nèi)、外加熱不均勻。具體為:①控制加熱時(shí)間及溫度,增加溫控時(shí)間繼電器及超溫報(bào)警裝置。②將沖孔模具工作尺寸適當(dāng)擴(kuò)大,保證坯料與模具下支承容易接觸。③通過以上對軸頭熱擠壓工序產(chǎn)生缺陷的分析和解決對策方案的實(shí)施,可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        圖3 后序熱處理時(shí)開裂

        圖4 500×

        圖5 100×

        圖6 內(nèi)孔已有先期裂紋且被氧化

        圖7 100×

        圖8 500×

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