褚小菲，楊有才，石燕，馮軍海

豫西集團(tuán)河南北方紅陽機(jī)電有限公司 河南南陽 474678

某產(chǎn)品下殼體生產(chǎn)過程中，在機(jī)加工第一道工序車削外形后，操作者從加工完畢的20件下殼體中發(fā)現(xiàn)2件外圓表面有肉眼可見的裂紋，裂紋位置如圖1所示。故對(duì)在制未機(jī)械加工的下殼體進(jìn)行了100%超聲波檢測(cè)加磁粉檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)284件有裂紋工件。

圖1 裂紋位置示意

圖2 下殼體裂紋故障樹

1 故障分析及定位

結(jié)合下殼體加工過程，按故障樹分析法，對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，列出故障樹如圖2所示。

（1）人員 操作人員經(jīng)培訓(xùn)考核，做到了持證上崗。

（2）設(shè)備 工藝設(shè)備選用箱式電阻爐RX3-75-9、井式電阻爐RJ2-75-6均處于完好狀態(tài)，并經(jīng)計(jì)量機(jī)構(gòu)定期校檢合格。

（3）原材料 原材料為φ 32m m棒材，45鋼（GB/T 699—2015），原材材料進(jìn)廠驗(yàn)收指標(biāo)均合格并開具合格證。

（4）工藝 下殼體加工流程：棒料鋸切→坯料加熱→模鍛→退火→粗加工→熱處理→精加工→磁粉檢測(cè)→電泳涂漆。

熱處理工藝流程：工件加熱→淬火→清洗→抽檢淬火硬度→回火→磨平面→硬度檢驗(yàn)。

產(chǎn)品工藝經(jīng)技術(shù)部門編制審核，在2018年兩萬余件下殼體試生產(chǎn)過程中，未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，工藝參數(shù)合理、有效。

（5）故障定位 經(jīng)過以上排查，排除了設(shè)備、材料和工藝可能存在的問題，基本確定下殼體裂紋是在熱處理過程中產(chǎn)生的。

2 理化檢驗(yàn)

從裂紋下殼體中挑選較嚴(yán)重的1件進(jìn)行理化檢驗(yàn)，并挑選工件裂紋批次原材料與鍛件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

（1）宏觀觀察 工件外表面有兩條裂紋，均由工件大頭沿縱向延伸，裂紋較直，最長一條裂紋長約30mm，大頭橫截面部位裂紋貫穿工件整個(gè)壁厚。在下殼體試樣中間部位切取橫向低倍試樣，酸浸后觀察低倍組織正常，未發(fā)現(xiàn)其他破壞金屬連續(xù)性的低倍缺陷。

（2）硬度檢驗(yàn) 在裂紋處取樣進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，結(jié)果為26.5～27.5HRC，符合工藝25.0～32.0HRC的要求。

（3）金相檢驗(yàn) 在工件裂紋處切取兩塊橫向金相試樣磨制，其中一塊試樣橫截面貫穿整個(gè)截面，另一塊試樣斷續(xù)延伸貫穿整個(gè)截面，裂紋縫隙較大，裂紋上有次生小裂紋，尾端較細(xì)，裂紋內(nèi)充有氧化物，裂紋兩側(cè)均無脫碳現(xiàn)象。試樣基體組織為回火索氏體，裂紋兩側(cè)組織無特異之處，工件內(nèi)孔表面局部存在脫碳現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)過燒及其他破壞金屬連續(xù)性的組織缺陷，如圖3所示。

（4）對(duì)比試驗(yàn) 對(duì)工件裂紋批次原材料與鍛件進(jìn)行低倍檢驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，低倍檢驗(yàn)結(jié)果均為：低倍組織正常，未發(fā)現(xiàn)其他破壞金屬連續(xù)性的低倍缺陷。金相檢驗(yàn)結(jié)果均為：珠光體+鐵素體，未發(fā)現(xiàn)過燒及其他破壞金屬連續(xù)性的組織缺陷。

3 分析與討論

3.1 淬火冷卻介質(zhì)

（1）介質(zhì)密度 工藝要求采用飽和三硝水溶液（NaNO325%+KNO320%+NaNO220%+H2O35%）作為淬火冷卻介質(zhì)，密度要求1.30～1.50g/cm3，檢測(cè)實(shí)際密度1.40g/cm3，符合工藝要求。

（2）介質(zhì)溫度 工藝要求淬火冷卻介質(zhì)使用溫度為20～50℃，下殼體熱處理生產(chǎn)日期為2019年5月3-31日（2018年該產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間為8-9月），期間南陽市南召縣每天最低氣溫均不高于20℃，且我公司生產(chǎn)廠區(qū)處于山區(qū)，氣溫相比城市低3～5℃，該淬火水槽無配備加熱裝置，因此淬火冷卻介質(zhì)在5月份其中的26天內(nèi)，每天初次使用時(shí)不加熱的情況下最低使用溫度20℃無法保證。

圖3 裂紋處金相組織

3.2 過程記錄

檢查車間生產(chǎn)記錄，淬火加熱104爐，每爐裝6個(gè)淬火筐，每筐裝下殼體40件，淬火共處理25 440件；回火加熱58爐，每爐裝12個(gè)淬火筐，每筐裝下殼體40件，回火共處理27 840件。25 440件淬火處理的工件淬火冷卻后均能查到在2h內(nèi)回火處理的記錄，但淬火與回火處理的工件總數(shù)不同且均與2019年產(chǎn)品下殼體熱處理的總數(shù)量29 823件均有部分出入。據(jù)此可推斷出可能有淬火冷卻后2h未回火處理的工件存在，淬火冷卻介質(zhì)溫度及密度均無相應(yīng)記錄。

3.3 機(jī)理分析

工件淬火冷卻時(shí)，在高溫區(qū)由于心部的冷卻滯后于表面以及相變產(chǎn)物與相變前組織比容的差異，內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。在冷卻過程中如果兩種應(yīng)力的疊加超過材料的屈服強(qiáng)度，就會(huì)發(fā)生塑性變形，結(jié)果就是工件的形狀和尺寸變化[1]。低溫區(qū)冷卻后，材料的屈服強(qiáng)度很高，塑性顯著降低，未被塑性變形松弛的應(yīng)力就會(huì)在金屬內(nèi)部保留下來，形成殘余應(yīng)力。當(dāng)兩種應(yīng)力疊加的殘余應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在工件表面或表層下形成裂紋或發(fā)生開裂。水基淬火冷卻介質(zhì)溫度越低，冷卻速度就越大，工件冷卻后殘余應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂紋的幾率增加[2]。

有許多工件的開裂并不是在淬火冷卻后立即出現(xiàn)的，而是當(dāng)工件從淬火冷卻介質(zhì)中取出經(jīng)過一定的時(shí)間以后才顯現(xiàn)出來，這種裂紋為時(shí)效裂紋，表現(xiàn)形式仍為淬火裂紋，時(shí)效裂紋同樣是較大的淬火應(yīng)力所引起。工件淬火后如及時(shí)回火可有效降低淬火應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生[3]。

3.4 結(jié)論

1）下殼體裂紋是淬火裂紋。

2）淬火冷卻介質(zhì)達(dá)不到最低使用溫度20℃直接進(jìn)行淬火冷卻，是工件產(chǎn)生裂紋的主要原因，且存在淬火后未及時(shí)回火的可能性。

4 預(yù)防措施

1）淬火水槽增加升降溫裝置，每次淬火前測(cè)量淬火冷卻介質(zhì)密度、溫度，確保淬火冷卻介質(zhì)滿足工藝要求。

2）對(duì)下殼體毛坯機(jī)加工前增加一道超聲波檢測(cè)工序。

3）加強(qiáng)過程控制、質(zhì)量控制，要求操作人員嚴(yán)格執(zhí)行工藝，增加工藝記錄的項(xiàng)目（介質(zhì)密度、介質(zhì)溫度、合格數(shù)、返修數(shù)、廢品數(shù)等）。

4）加強(qiáng)操作者及檢驗(yàn)人員質(zhì)量意識(shí)培訓(xùn)，生產(chǎn)過程中當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)異常情況時(shí)要及時(shí)反饋到車間、技術(shù)及質(zhì)量部門，以便相應(yīng)部門做出對(duì)應(yīng)的處理措施，可預(yù)防批量缺陷問題產(chǎn)品的出現(xiàn)。

5）舉一反三，該產(chǎn)品上殼體與下殼體采用同一熱處理工藝，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，決定對(duì)上殼體毛坯在機(jī)加工前也增加一道超聲波檢測(cè)工序，加強(qiáng)過程控制、質(zhì)量控制，嚴(yán)格執(zhí)行工藝。