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        淺析原材料對(duì)楔橫軋件內(nèi)部質(zhì)量的影響

        2018-09-04 03:38:00王超陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司
        鍛造與沖壓 2018年17期
        關(guān)鍵詞:白點(diǎn)縮孔軋件

        文/王超·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

        采用楔橫軋工藝生產(chǎn)變速箱副箱加長(zhǎng)中間軸/副箱中間軸,發(fā)現(xiàn)軋制的零件存在嚴(yán)重孔洞。對(duì)原材料和零件取樣進(jìn)行低倍分析,符合國標(biāo)要求。但是在高倍顯微鏡下觀察時(shí),發(fā)現(xiàn)鋼材內(nèi)部存在白點(diǎn),分析認(rèn)為該孔洞是原材料加熱軋制時(shí)以白點(diǎn)處為裂紋源,受力后擴(kuò)散形成。

        楔橫軋是一種軸類零件成形工藝技術(shù),與傳統(tǒng)的切削、鍛造零件成形工藝比較,具有生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),被公認(rèn)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的組成部分。楔橫軋的工作原理:兩個(gè)帶楔形模具的軋輥,以相同的方向旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)圓形軋件旋轉(zhuǎn),軋件在楔形孔型的作用下,軋制成各種形狀的臺(tái)階軸,楔橫軋的變形特點(diǎn)主要是徑向壓縮和軸向延伸。

        由于楔橫軋工藝這種徑向壓縮和軸向延伸的成形特點(diǎn),軋制的零件心部易產(chǎn)生疏松,甚至形成縮孔、孔洞等缺陷,這類缺陷削弱了零件的強(qiáng)度,并最終導(dǎo)致零件失效。影響楔橫軋件心部質(zhì)量的因素,河北東安張軍改、山東鋼鐵李法興等專家做了詳細(xì)的研究和分析,認(rèn)為在實(shí)際生產(chǎn)中,楔橫軋件心部質(zhì)量的影響因素包括以下方面:

        ⑴原材料,主要是疏松等級(jí)、夾雜物級(jí)別;

        ⑵軋制溫度;

        ⑶模具設(shè)計(jì)。

        在生產(chǎn)中主要是使用超聲波探傷儀來檢測(cè)零件心部質(zhì)量,其檢測(cè)原理是:超聲波以持續(xù)時(shí)間極短的發(fā)射脈沖發(fā)射到被測(cè)試件的內(nèi)部,利用被測(cè)試件的內(nèi)部缺陷或者地面反射回來的回波信號(hào)來探知反射源的具體位置和大小,從而判斷被測(cè)試件的完整性,即判斷其是否有缺陷存在,并且可以進(jìn)一步的探知缺陷的位置和大小。

        查找原因

        筆者是從事楔橫軋零件生產(chǎn)的技術(shù)人員,生產(chǎn)中也接觸到楔橫軋件中心疏松、縮孔之類的缺陷。在生產(chǎn)變速箱副箱加長(zhǎng)中間軸/副箱中間軸(材質(zhì):8620H)時(shí),發(fā)現(xiàn)軋制的零件連續(xù)出現(xiàn)超聲波探傷不合格的現(xiàn)象,在有缺陷波的位置處標(biāo)記,并剖切,發(fā)現(xiàn)心部存在縮孔,嚴(yán)重的呈貫通式孔洞狀(圖1)。由于生產(chǎn)的是成熟產(chǎn)品,且模具使用狀況良好,因此,決定更換一爐鋼材進(jìn)行驗(yàn)證,切換新爐號(hào)后,軋制100根零件,超聲波探傷全部合格(表1)。

        圖1 軋件貫通式縮孔

        表1 超聲波探傷對(duì)比

        對(duì)問題爐號(hào)和新爐號(hào)的原材料取樣分析,兩個(gè)爐號(hào)鋼材的低倍(圖2)、化學(xué)成分(表2)、力學(xué)性能(表3)均符合國標(biāo)要求,且波動(dòng)小,未發(fā)現(xiàn)有能引起軋件產(chǎn)生縮孔的因素。

        對(duì)問題爐號(hào)的原材料進(jìn)行超聲波探傷抽查,發(fā)現(xiàn)原材料本身存在嚴(yán)重傷波(圖3),且比例較高,在傷波位置處鋸切取樣3件,3個(gè)樣件在低倍下觀察,未發(fā)現(xiàn)肉眼可見異常缺陷(圖4),研磨拋光后在金相顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)樣件有兩條微裂紋,最長(zhǎng)的一條2.049mm(圖5)。經(jīng)過分析對(duì)比,確定這種缺陷屬于白點(diǎn),也叫氫脆。原因是鋼中氫含量高,白點(diǎn)處的斷口晶粒自由面由兩種相貌的表面晶體組成。在晶面有較多的位錯(cuò)線,氫的固溶會(huì)在位錯(cuò)線周圍偏聚形成氣團(tuán),從而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻,產(chǎn)生應(yīng)力集中,形成裂紋,使得鋼材心部強(qiáng)度極差,鋼材經(jīng)熱加工變形后在冷卻過程中因應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。在楔橫軋軋制過程中,坯料成形時(shí)受三向拉應(yīng)力,心部在交變應(yīng)力的作用下,裂紋進(jìn)一步沿縱向發(fā)展,各條微裂紋匯集到一起,形成縮孔,縮孔進(jìn)一步擴(kuò)展,成為貫通式的孔洞。

        圖2 低倍組織試樣

        表2 化學(xué)成分分析(%)

        表3 力學(xué)性能分析

        圖3 超聲波探傷波形

        圖4 鋼材傷波缺陷位置處取樣低倍形貌

        圖5 顯微組織觀察

        分析

        白點(diǎn)是鋼中常見的一種冶金缺陷,是鋼材中未逸散的氫原子在軋制時(shí)產(chǎn)生組織應(yīng)力,加上軋后冷卻速度過快等外因,應(yīng)力超過了鋼的極限強(qiáng)度形成開裂,應(yīng)力和氫的共同作用是白點(diǎn)形成的主要因素,會(huì)成為今后的裂紋源,對(duì)產(chǎn)品的危害極大,不僅容易造成應(yīng)力集中給熱處理零件帶來開裂的危險(xiǎn)性,更由于鋼中氫含量的提高而使鋼的性能變脆,使鋼容易脆性斷裂。

        白點(diǎn)表面組織并無任何異常,無論顯微組織還是化學(xué)成分都與鄰處別無兩樣,因此,送檢樣品的低倍組織和化學(xué)成分均顯示合格,給判斷缺陷的成因帶來了干擾。白點(diǎn)是不允許的缺陷,而同樣當(dāng)量大小的夾雜物則可能是允許的,GB/T 1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)中雖然將白點(diǎn)分為5級(jí),但這僅起到表明白點(diǎn)嚴(yán)重程度的作用,這里不存在合格和不合格的問題,在任何情況下都不能使用有白點(diǎn)的鍛件,不能用有白點(diǎn)的鋼材加工制造機(jī)器零件。

        白點(diǎn)的缺陷波形特征是當(dāng)移動(dòng)探頭檢測(cè)到缺陷部位時(shí),回波會(huì)此起彼伏,而且分布范圍較大,基本集中于工件的中心部位,波形尖銳活躍,重復(fù)性差,成群白點(diǎn)有時(shí)會(huì)使底波明顯降低甚至消失。因此,對(duì)原材料進(jìn)行超聲波探傷,可以檢測(cè)出該類缺陷,從源頭進(jìn)行控制,及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)隔離報(bào)廢,避免對(duì)楔橫軋軋制過程造成影響。

        結(jié)束語

        ⑴原材料中存在白點(diǎn),軋制時(shí)心部從白點(diǎn)裂紋源頭開始擴(kuò)散,造成軋制的毛坯出現(xiàn)縮孔;

        ⑵在金相顯微鏡下觀察,即可發(fā)現(xiàn)白點(diǎn),為缺陷定性提供了依據(jù);

        ⑶利用超聲波探傷,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼材中存在白點(diǎn),在有傷波的位置處,取原材料樣件進(jìn)行分析,有1個(gè)樣件發(fā)現(xiàn)了白點(diǎn)缺陷,印證了超聲波探傷的結(jié)論;

        ⑷發(fā)現(xiàn)原材料存在傷波時(shí),在剖切的位置無法發(fā)現(xiàn)缺陷,是因?yàn)榱鸭y源較小,鋸切取樣無法精確取到缺陷所在的位置,這個(gè)是干擾對(duì)缺陷波進(jìn)行定性的最大難題。

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