李　博，王　偉

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司燎原分公司，陜西 城固 723200)

?

超高強(qiáng)度鋼基體碳化鎢涂層磨削及質(zhì)量控制

李博，王偉

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司燎原分公司，陜西 城固 723200)

超音速火焰噴涂WC-10Co4Cr涂層具有低空隙率、高結(jié)合強(qiáng)度和耐磨性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在飛機(jī)起落架有耐磨要求軸類零件的尺寸和精度修復(fù)上已有廣泛應(yīng)用；但受工藝及涂層性質(zhì)制約，原始涂層表面粗糙度及均勻性一般都不能滿足設(shè)計(jì)的要求，必須通過磨削來保證。在實(shí)際生產(chǎn)中，因操作不當(dāng)或參數(shù)選擇不合理等環(huán)節(jié)控制不好，常常導(dǎo)致零件熱應(yīng)力變形，出現(xiàn)涂層剝落、龜裂或微裂紋等缺陷，嚴(yán)重影響涂層質(zhì)量，制約了產(chǎn)品的正常交付。通過加強(qiáng)對(duì)材料、設(shè)備及維護(hù)、制造過程和人員等環(huán)節(jié)的控制，杜絕了某型號(hào)超高強(qiáng)度鋼軸類零件涂層磨削質(zhì)量問題的發(fā)生，并經(jīng)過了長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有借鑒意義。

WC-10Co4Cr涂層；磨削應(yīng)力；裂紋；磨削溫度；質(zhì)量控制

用超音速火焰噴涂工藝制備的WC-10Co4Cr涂層(見圖1)，涂層致密，孔隙率<1%；涂層與基體的結(jié)合為機(jī)械和半冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高，可>70 MPa；硬度可以達(dá)到1 100～1 300HV,可以獲得很高的耐磨性能[1-2]。其在飛機(jī)起落架有耐磨要求的軸類零件、尺寸和精度修復(fù)上已有廣泛應(yīng)用，但受工藝及涂層性質(zhì)制約，超音速火焰噴涂原始涂層表面粗糙度一般>Ra3.2 μm，不能滿足設(shè)計(jì)要求(

圖1　涂層磨削前照片

磨削是利用高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪，通過粗磨和精磨使被加工零件表面粗糙度達(dá)到Ra0.4～Ra0.6 μm，拋光后表面粗糙度可達(dá)到Ra0.1～Ra0.2 μm。在實(shí)際生產(chǎn)中，因操作不當(dāng)或參數(shù)選擇不合理等環(huán)節(jié)控制不好，常常導(dǎo)致零件熱應(yīng)力變形，出現(xiàn)微裂紋，嚴(yán)重影響了涂層質(zhì)量，制約了產(chǎn)品的正常交付。為了保證涂層磨削質(zhì)量，應(yīng)對(duì)涂層磨削工藝質(zhì)量進(jìn)行控制，即對(duì)材料和人員、設(shè)備和維護(hù)以及制造過程等進(jìn)行控制。

1　材料和人員控制

1.1材料控制

對(duì)涂層磨削工藝使用的輔助材料，規(guī)定采購(gòu)部門必須在《型號(hào)材料合格供應(yīng)商目錄》中選擇供貨廠家，從源頭上保證材料質(zhì)量。對(duì)砂輪、磨削液、拋光膏和金剛石拋光帶應(yīng)檢查標(biāo)準(zhǔn)的符合性及合格證是否齊全。

1.2人員控制

對(duì)從事WC-10Co4Cr涂層磨削的操作人員和檢驗(yàn)人員定期進(jìn)行工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和操作要點(diǎn)等相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)，待考核合格后，由公司人力資源處頒發(fā)具有一定時(shí)效性的崗位資格證。只有持有崗位資格證的人員才能從事對(duì)應(yīng)的工作。對(duì)操作人員及檢驗(yàn)人員應(yīng)造冊(cè)登記，明確其崗位資格證編號(hào)、有效期等，同時(shí)，對(duì)崗位資格證即將到期的人員提前安排學(xué)習(xí)、培訓(xùn)及換發(fā)新證的工作，確保資格證始終在有效期內(nèi)。

2　設(shè)備及維護(hù)控制

2.1設(shè)備控制

1)磨削加工設(shè)備。磨削加工設(shè)備應(yīng)能保持一定的砂輪速度和工件轉(zhuǎn)速，具有調(diào)整橫向進(jìn)給量和縱向進(jìn)給量并保證其精度，且能提供穩(wěn)定的磨削液到砂輪工作表面的功能。磨削過程及設(shè)備如圖2所示。

圖2　磨削過程及設(shè)備

2)工裝/夾具。工裝和夾具應(yīng)能把固定工件在合適位置，以便進(jìn)行磨削。

3)砂輪。砂輪應(yīng)具有標(biāo)識(shí)完整的參數(shù)。磨粒：金剛石；粘結(jié)劑：樹脂；磨粒目數(shù)：100#～400#；硬度或級(jí)別：H、L、M、N、P 和R ；金剛石砂輪濃度：75%～125%。某型號(hào)超高強(qiáng)度鋼軸類零件涂層磨削選用砂輪見表1。

表1　砂輪參數(shù)

2.2維護(hù)控制

維護(hù)控制措施如下。

1)應(yīng)按照設(shè)備制造商的建議定期檢查和維護(hù)設(shè)備。

2)應(yīng)做好涂層磨削設(shè)備的工作和維護(hù)日志，詳細(xì)記錄設(shè)備的工作、原件更換和設(shè)備維修情況，以便更好地掌握設(shè)備性能，保證磨削質(zhì)量。

3)在磨削過程中，應(yīng)保持砂輪鋒利，冷卻充分，并嚴(yán)格控制磨削量。

3　制造過程控制

磨削工藝流程為：清理→檢查→保護(hù)→配重→磨削→砂輪修正→超精加工→涂層測(cè)厚。

3.1清理控制

清理控制措施如下：1)加工前去除保護(hù)工件用的涂覆層和其他異物，以免污染冷卻液和砂輪；2)對(duì)工件產(chǎn)生有害影響的磨削液和磨削屑泥必須清理干凈；3)清理用材料不應(yīng)對(duì)碳化鎢涂層有損傷，當(dāng)不同工序之間的延遲可能導(dǎo)致腐蝕發(fā)生時(shí)，必須在清理后對(duì)工件采取適當(dāng)防護(hù)措施。

3.2磨削過程控制

對(duì)涂層磨削而言，合理的控制磨削參數(shù)可以有效防止零件表面燒傷及熱應(yīng)力變形，杜絕表面產(chǎn)生裂紋、涂層崩裂等缺陷的產(chǎn)生。在磨削過程中，由于磨削應(yīng)力的作用，裂紋首先在與基體結(jié)合處產(chǎn)生，涂層被拉開后，再沿著垂直于主要磨削應(yīng)力方向擴(kuò)展。為降低裂紋產(chǎn)生的概率，應(yīng)優(yōu)化磨削參數(shù)，降低磨削加工應(yīng)力，同時(shí)加大基體材料表面粗糙度，增加涂層與界面的結(jié)合力。某型號(hào)超高強(qiáng)度鋼軸類零件涂層磨削優(yōu)化的工藝參數(shù)見表2。

表2　工藝參數(shù)和磨削條件

磨削過程控制措施如下：1)加工前檢查待磨削區(qū)域的涂層是否有凹坑、剝落等缺陷；2)砂輪安裝前后調(diào)靜平衡，兩頂砂輪修整器，加工砂輪直至修整器表面沒有振紋和螺旋線；3)測(cè)量噴涂后外圓尺寸，標(biāo)定高點(diǎn)部位并測(cè)定尺寸；4)兩頂，找正外圓跳動(dòng)公差≤0.02 mm，由高點(diǎn)半精磨外圓尺寸，半精磨過程中若發(fā)現(xiàn)砂輪鈍化應(yīng)及時(shí)修整，精磨最小磨量至少為單邊0.025 mm；5)在涂層磨削30 ～60 min后卸下工件，兩頂砂輪修整器，加工砂輪直至修整器表面沒有振紋和螺旋線；6)兩頂，找正外圓跳動(dòng)公差≤0.02 mm，磨削外圓直至涂層厚度符合要求。

3.3磨削溫度的控制

試驗(yàn)表明，磨削溫度隨著磨削深度的增加而增大，原因如下：1)磨削深度增大，法向磨削力也隨之增大，因而磨削過程中消耗的能量增大，轉(zhuǎn)化為熱能的能量也隨之增大；2)磨削深度增大使得砂輪與工件的接觸弧長(zhǎng)變大，砂輪與工件之間的劃擦作用增大，引起磨削溫度增大。工作臺(tái)速度越快，涂層-基體結(jié)合面及磨削表面平均溫度越高，這是因?yàn)楣ぷ髋_(tái)速度加快，未變形切削厚度加大，切削同樣的深度所耗費(fèi)的能量就越多，因而產(chǎn)生的熱量越大。而進(jìn)一步提高工作臺(tái)速度后，涂層-基體結(jié)合面磨削溫度有下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)樘岣吖ぷ髋_(tái)速度后，磨削熱在工件停留的時(shí)間變短，熱量快速通過磨削工件表面，降低工件表面熱滲透深度；同時(shí)大量的磨削熱可被磨屑和磨削液帶走， 使工件表面溫度降低。因此，磨削溫度控制措施如下：1)進(jìn)刀量<0.005 mm；2)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速為0.3～0.5 m/min 。

3.4磨削應(yīng)力的控制

在磨削過程中，涂層表面在切削力和切削熱的作用下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改變，使零件工作表面產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如不及時(shí)消除該應(yīng)力，將影響材料的尺寸穩(wěn)定性和涂層的結(jié)合力[3]。因此，磨削應(yīng)力控制措施如下：涂層磨削后應(yīng)在4 h內(nèi)消除應(yīng)力，溫度為(190±10) ℃，時(shí)間≥4 h。

3.5磨削后的控制

對(duì)于磨削后檢驗(yàn)合格的零件，應(yīng)按無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂層進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，合格后方可交付。涂層磨削后照片如圖3所示。

圖3　涂層磨削后照片

4　結(jié)語

長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過對(duì)材料、人員、設(shè)備和維護(hù)以及制造過程等環(huán)節(jié)的控制，超高強(qiáng)度鋼基體WC-10Co4Cr磨削過程出現(xiàn)的涂層剝落、龜裂或微裂紋等質(zhì)量問題已得到了解決，產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定，節(jié)約成本約30萬元/a。

[1] 鄧春明，周克崧，劉敏，等．Cr對(duì)超音速火焰噴涂WC-Co涂層抗中性鹽霧腐蝕性能的影響[J]．材料開發(fā)與應(yīng)用，2007，22(3)：33-36．

[2] 郭力，易軍，盛曉敏，等．超音速火焰噴涂WC-Co涂層超高速磨削試驗(yàn)研究[J]．湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，39(9)：23-27．

[3] 李博. 提高300M鋼零件HVOF涂層結(jié)合力的方法[J].新技術(shù)新工藝，2015(2)：121-124.

責(zé)任編輯馬彤

Grinding and Quality Control of Tungsten Carbide Coating on Baseline of Ultra High Strength Steel

LI Bo, WANG Wei

(Aviation Industry Corporation of China Landing Gear Advanced Manufacturing Corporation, Chenggu, 723200, China)

HVOF WC-10Co4Cr coating has advantage of low porosity, high bonding strength, and good abrasion resistance, etc., which is widely used on shaft component required abrasion resistance on landing gear of the aircraft in dimension and precision repairing. However, original coating surface roughness and uniformity usually can not meet design requirement because of the restriction of process and coating’s characteristic, thereby the grinding can make up this. In the actual production, improper operations and unreasonable parameters chosen may lead parts distorted or peeling, chap or micro-crack of coating, which affect coating quality, and furthermore, it may restrict delivery of products. Through the controlling material, equipment and maintenance, manufacturing process and personnel, forbid the occurring of quality problems of coating grinding on axis parts of ultra high strength steel of some model. With long term practice, it has practical significance in the present production.

WC-10Co4Cr Coating, grinding stress, crack, grinding temperature, quality control

TG 688

A

李博(1969-)，男，高級(jí)工程師，主要從事飛機(jī)起落架生產(chǎn)過程中特種工藝的應(yīng)用和研究等方面的工作。

2016-05-31