肖 鵬 張勤建 楊 驊 朱雅君

（加西貝拉壓縮機(jī)有限公司 嘉興 314006）

引言

冰箱壓縮機(jī)的閥片相當(dāng)于其“心臟瓣膜”，閥片一旦失效會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)壓縮機(jī)的報(bào)廢，因而閥片的可靠性至關(guān)重要。付玉彬[1]與許竹桃[2]等人對(duì)冰箱壓縮機(jī)吸氣閥片進(jìn)行了失效分析，發(fā)現(xiàn)閥片的常見(jiàn)斷裂機(jī)制是疲勞斷裂。滾拋可以改善閥片的疲勞強(qiáng)度，是閥片生產(chǎn)中非常關(guān)鍵的工序，直接決定了閥片的最終質(zhì)量[3]。但滾拋工序?qū)﹂y片表面微觀形貌、表面粗糙度、顯微組織、硬度及疲勞壽命等各項(xiàng)性能的系統(tǒng)研究還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本文對(duì)材質(zhì)為Sandvik-Hiflex的吸氣閥片進(jìn)行了滾拋前、后各項(xiàng)性能的研究。通過(guò)明確閥片滾拋前后各項(xiàng)性能的具體差異，可以掌握滾拋改善閥片疲勞性能的根本原因，從而更好地提升閥片的可靠性。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)用閥片為冰箱壓縮機(jī)吸氣閥片，材質(zhì)為Sandvik-Hiflex，厚度為0.178 mm。分別取多片滾拋前及滾拋后的閥片進(jìn)行了分析測(cè)試。采用金相顯微鏡觀察測(cè)量了閥片滾拋圓角；采用維氏硬度計(jì)對(duì)滾拋前后的閥片硬度進(jìn)行了測(cè)試；對(duì)滾拋前后的閥片舌簧區(qū)域表面的不同方向進(jìn)行了表面粗糙度測(cè)量；采用掃描電鏡（SEM）對(duì)滾拋前后的閥片表面及舌簧沖裁端面進(jìn)行了微觀形貌觀察，并對(duì)閥片的顯微組織進(jìn)行了分析；在沖擊疲勞壽命臺(tái)上對(duì)滾拋前后的閥片進(jìn)行了沖擊疲勞試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 滾拋圓角的觀察與測(cè)量

為了觀測(cè)閥片滾拋圓角，將閥片滾拋前及滾拋后的舌簧縱向剖開(kāi)進(jìn)行鑲嵌、磨拋制樣，然后在金相顯微鏡下觀測(cè)。如圖1所示，閥片滾拋前的邊緣端面尖銳，近似直角；滾拋后具有明顯圓角，平均圓弧直徑約為40.0 μm。可見(jiàn)，滾拋可以顯著平滑閥片的鋒利邊緣。

2.2 硬度檢測(cè)與分析

取滾拋前后的閥片各5片，每片進(jìn)行2次維氏硬度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。由測(cè)試結(jié)果可知，閥片硬度較均勻，閥片滾拋后的硬度略大于滾拋前，這是由于閥片在滾拋過(guò)程中反復(fù)與磨料、筒體磨擦撞擊使閥片產(chǎn)生了輕微的加工硬化作用。

2.3 表面粗糙度測(cè)量與分析

對(duì)滾拋前后的閥片各5片進(jìn)行舌簧區(qū)域的表面粗糙度測(cè)量，分別沿著平行于舌簧方向及垂直于舌簧方向進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。由測(cè)試結(jié)果可知，滾拋前的閥片在垂直于舌簧方向上的粗糙度約為平行于舌簧方向的2倍，滾拋后閥片的粗糙度在兩個(gè)方向基本無(wú)差別且略大于滾拋前在垂直于舌簧方向的粗糙度。滾拋前閥片表面粗糙度具有明顯的方向性，這是由于閥片沿著軋制方向會(huì)產(chǎn)生軋制條帶、紋理，經(jīng)過(guò)滾拋工序可以去除軋制痕跡，從而消除粗糙度的方向性。

2.4 顯微組織觀察與分析

對(duì)制備好的金相試樣進(jìn)行合適的組織浸蝕，然后采用掃描電鏡（SEM）對(duì)閥片滾拋前后的材料顯微組織進(jìn)行觀察，組織照片如圖2所示。滾拋處理前后，閥片的顯微組織無(wú)明顯區(qū)別，均為細(xì)小彌散的碳化物分散在回火馬氏體基體上，碳化物尺寸小于1 μm，馬氏體基體不完全回火，帶有馬氏體位向。

圖1 閥片滾拋前后舌簧邊緣形貌

表1 閥片滾拋前后硬度值

表2 閥片滾拋前后表面粗糙度值

2.5 表面形貌觀察與分析

對(duì)滾拋前后的閥片進(jìn)行低倍放大觀察并對(duì)舌簧區(qū)域表面形貌進(jìn)行高倍放大觀察分析，如圖3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：滾拋前的閥片表面存在明顯的單方向軋制痕跡，滾拋后的閥片表面軋制痕跡已被去除，留下了無(wú)方向性的加工痕跡。

圖2 閥片滾拋前后顯微組織

圖3 閥片滾拋前后顯微組織

2.6 舌簧沖裁端面形貌觀察與分析

采用掃描電鏡（SEM）對(duì)閥片滾拋前后的舌簧頭部沖裁端面微觀形貌對(duì)比分析，微觀形貌如圖4所示。滾拋前閥片的舌簧端面較為毛糙，端面切口呈現(xiàn)方向性明顯的沖裁痕跡，進(jìn)一步放大發(fā)現(xiàn)切口中分布大量的拉長(zhǎng)的“韌窩”狀小孔，這相當(dāng)于材料中的微裂紋，這是閥片沖裁加工過(guò)程中產(chǎn)生的撕裂韌窩，即塑性金屬材料在塑性斷裂中留下的特征痕跡。滾拋后閥片的舌簧端面變得圓滑、相對(duì)平整，放大后基本看不到撕裂韌窩。有文獻(xiàn)研究表明[4]，閥片的裂紋通常起源于與閥板接觸的閥片邊緣，隨后裂紋傾向于沿拍擊面的徑向擴(kuò)展。滾拋工序消除了閥片端面的微裂紋，即裂紋源，從而可以降低裂紋萌生的概率。

2.7 疲勞壽命測(cè)試與分析

取多片滾拋前、后的閥片在沖擊疲勞壽命臺(tái)上進(jìn)行沖擊疲勞試驗(yàn)，結(jié)果表明：滾拋前與滾拋后的閥片沖擊疲勞壽命平均值分別為8.7×106次、43.1×106次，滾拋后的疲勞壽命約為滾拋前的5倍，差異明顯。閥片疲勞失效的部位集中在舌簧頭部，舌簧頭部左邊、右邊及上部均會(huì)出現(xiàn)疲勞破損。由疲勞壽命測(cè)試數(shù)據(jù)可知，閥片的滾拋工序?qū)ζ淦谛阅艿奶岣呔哂忻黠@影響，滾拋一方面去除了閥片表面的缺口、毛刺，降低了裂紋萌生概率，另一方面，滾拋大大增加了閥片表面的壓應(yīng)力，抑制了疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展。Seong-wooWoo[5]等人對(duì)壓縮機(jī)閥片可靠性的研究表明，應(yīng)力集中易導(dǎo)致閥片出現(xiàn)早期失效。滾拋處理使閥片邊緣端面的直角轉(zhuǎn)化為一定尺寸圓弧狀，降低了閥片的應(yīng)力集中程度，從而降低了閥片運(yùn)行過(guò)程中的裂紋萌生概率。

圖4 閥片滾拋前后舌簧端面形貌

3 結(jié)論

滾拋工序充分去除了壓縮機(jī)閥片舌簧沖裁端面的微裂紋，抑制了疲勞裂紋的萌生；滾拋可顯著平滑閥片的鋒利邊緣，降低其拍擊時(shí)的應(yīng)力集中程度。閥片滾拋處理后的疲勞壽命約為滾拋前的5倍。滾拋工序會(huì)使閥片產(chǎn)生輕微的加工硬化作用，同時(shí)去除了閥片表面的軋制條紋，但不會(huì)導(dǎo)致閥片的顯微組織發(fā)生變化。