周雁文
摘 ? 要:電鍍鎘鈦合金由于其良好的低氫脆性被廣泛用于航空、航天超高強度鋼零件表面處理工藝。典型內(nèi)孔零件材料為超高強度鋼30CrMnSiNi2A,要求為內(nèi)孔精度孔保護,其余面鍍鎘鈦,存在精度孔保護不嚴虛鍍層和環(huán)槽無鍍層的問題,影響零件質(zhì)量,造成一次交檢合格率低。本論文通過分析電鍍鎘鈦過程,找出具體原因,通過設(shè)計保護工裝、加強電鍍保護方式等方法提升零件質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:電鍍鎘鈦 ?超高強度鋼 ?吹砂
中圖分類號:V25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2020)04(c)-0047-02
高強度鋼30CrMnSiNi2A在航空領(lǐng)域作為飛機起落架零件及重要受力構(gòu)件得到普遍使用。但是,超高強度鋼自身具有高的氫脆敏感性,同時又由于在金屬冶煉、機械加工、熱處理等工藝過程中表面易產(chǎn)生輕微裂紋,則導(dǎo)致在應(yīng)力、氫和裂紋的共同作用下,其使用過程中的氫脆斷裂成為其最怕發(fā)生的斷裂方式[1]。因此在表面防護方面,超高強度鋼面臨很大挑戰(zhàn)。
電鍍鎘鈦合金是超高強度鋼常用的典型表面防護方式。鎘鈦合金鍍層具有與鎘鍍層相似的銀白色至米黃色。超高強度鋼采用該工藝具有以下特點:溶液低氫脆性;浸蝕吸氫少;形成鎘鈦合金鍍層,正是由于鈦對氫有強烈的吸附作用,從而阻擋了氫滲入基體金屬,從而很大程度上降低了超高強度鋼在使用過程中的氫脆斷裂[2]。
因此,超高強度鋼選擇電鍍鎘鈦工藝作為表面防護方法,使得鎘鈦層具有良好的耐蝕性和低氫脆性。在海水中長期浸泡,其耐蝕性要比鎘鍍層好。下列將對典型零件的問題處理來詳細闡述電鍍鎘鈦合金工藝。
1 ?問題描述
該內(nèi)孔零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜(見圖1),要求電鍍鎘鈦時保護孔精度孔φ90H7、φ22H8。電鍍鎘鈦時應(yīng)保證鍍層完整、均勻細致,鍍層厚度要求8~12μm,在鎘鈦生產(chǎn)過程中,由于零件復(fù)雜及工藝自身的一些限制性原因,在電鍍鎘鈦過程中經(jīng)常出現(xiàn)以下問題:(1)電鍍鎘鈦后,經(jīng)常在裝配車間反應(yīng)內(nèi)孔φ90H7精度孔虛鍍層,影響裝配尺寸。(2)由于φ90H7精度孔深度較深(≈180mm),且其中存在兩個φ97環(huán)槽。由于環(huán)槽位置較深,電鍍工藝自身的分散能力較差,使得環(huán)槽內(nèi)表面鍍層不完整。
2 ?原因分析
2.1 電鍍鎘鈦工藝流程
溶劑除油→堿清洗→溫水洗→冷水洗→干燥→保護→吹砂→保護裝掛→冷水洗→活化→冷水洗→電鍍鎘鈦→冷水洗→干燥→除氫烘烤→堿清洗→溫水洗→冷水洗→鉻酸鹽處理→冷水洗→干燥→交檢。
2.2 電鍍鎘鈦關(guān)鍵影響因素
通過電鍍鎘鈦工藝流程可以看出,結(jié)合內(nèi)孔電鍍鎘鈦不合格的缺陷為φ90H7精度孔虛鍍層及φ97環(huán)槽鍍層不完整的問題,主要的影響步驟應(yīng)為吹砂保護、電鍍保護和電鍍鎘鈦步驟。以下著重不合格的關(guān)鍵因素進行工藝改進。
2.2.1 環(huán)槽鍍層不完整的影響因素
由于兩段φ97環(huán)槽位于三段90H7精度孔的中間部位,深度較深,在電鍍鎘鈦前要進行吹砂處理。但同時90H7精度孔需要吹砂保護,目前使用的保護方法為貼膠帶保護。此保護方法簡單,易導(dǎo)致精度孔吹砂損傷,同時環(huán)槽易吹砂不完整,因此,吹砂方式的不合理易引起環(huán)槽鍍層不完整。
第二方面,由于環(huán)槽較深,環(huán)槽位于精度孔的中間部位,采用銅絲簡單裝掛后,由于電力線在孔內(nèi)分布不均勻性,孔的心部難以沉積鍍層。因此這種不合理的裝掛方式很大程度上引起環(huán)槽鍍層的不完整性。
第三方面,由于電鍍鎘鈦需進行沖擊電鍍和正常電鍍兩個步驟,其電流密度范圍較寬,為了電鍍環(huán)槽,通常會使用較大的電流密度,此方法易引起鍍層粗糙和鍍層厚度不均勻,因此,電鍍參數(shù)的不合理也會引起環(huán)槽鍍層不完整。
2.2.2 精度孔虛鍍層的影響因素
該零件圖紙要求φ90H7精度孔無鍍層無損傷,即要求精度孔在各個工序中都進行充分保護。在吹砂過程中,使用簡單膠帶保護,由于要對精度孔內(nèi)的環(huán)槽進行吹砂,吹砂時的大壓力極易損傷精度孔。因此,吹砂方式的不合理易引起精度孔損傷。
第二方面,電鍍保護步驟對精度孔進行主要保護,依據(jù)文件應(yīng)采用470保護膠帶進行保護。此步驟的執(zhí)行隨工人水平的差異將產(chǎn)生很大差異。
第三方面,由于電鍍鎘鈦的工藝參數(shù)變化較大,隨電流密度的增大,孔口的電力線密集,易沉積多余鍍層。
2.2.3 電鍍鎘鈦不合格的關(guān)鍵影響因素
通過以上分析可以看出,引起內(nèi)孔電鍍鎘鈦不合格的主要缺陷為φ90H7精度孔虛鍍層及φ97環(huán)槽鍍層不完整這兩種缺陷的關(guān)鍵因素為精度孔吹砂保護不到位、環(huán)槽吹砂不到位、精度孔電鍍保護不到位、環(huán)槽電鍍方式不合適。進一步歸納,即為工藝流程中吹砂和電鍍時方法不適造成的影響,導(dǎo)致零件缺陷的產(chǎn)生,接下來著重從這兩方面對該零件電鍍鎘鈦進行工藝改進。
3 ?改進措施
3.1 吹砂方式改進
由于吹砂方式既影響環(huán)槽吹砂的完整性,同時又要保證精度孔不被吹砂,且環(huán)槽處于精度孔之間。因此,傳統(tǒng)的吹砂方式對該區(qū)域吹砂是不適用的。設(shè)計工裝改進吹砂方式將很好的解決此問題。圖2為工裝圖。
此保護工裝材料為45鋼,圖形和尺寸完全與精度孔和環(huán)槽的結(jié)構(gòu)吻合。采用五段式結(jié)構(gòu),三段保護精度孔,兩段外露(圖示兩處尺寸為30mm的部位),與環(huán)槽位置一致。應(yīng)用此工裝再配合470電鍍保護膠帶,可以在吹砂過程中保護精度孔,同時環(huán)槽可以百分百進行吹砂,為后續(xù)電鍍做好準備。
3.2 電鍍方式改進
由于環(huán)槽所處位置較深,簡單的電鍍方式很難保證鍍層的完整性和均勻性。因此將通過添加輔助陽極的方式對該環(huán)槽部位進行改進。
首先,對精度孔進行保護。要求工人使用470保護膠帶對φ90H7精度孔全面保護,以豎貼膠帶的方式對精度孔進行細致保護,保護結(jié)束后使用硬物將膠帶壓緊。
第二方面,電鍍過程中對環(huán)槽部位裝掛Φ10mm×200mm鎘陽極棒。輔助陽極的使用將很大程度上改善環(huán)槽內(nèi)的電力線分布,可以保證環(huán)槽內(nèi)鍍層的完整性。
4 ?改善結(jié)果
將以上優(yōu)化后的工藝參數(shù)納入工藝文件中,并對操作工人和檢驗人員進行相關(guān)培訓(xùn),提升了零件的一次交檢合格率。
參考文獻
[1] 鄭瑞庭.電鍍實踐900例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[2] 湯智慧,張曉云,陸峰,等.鍍層結(jié)構(gòu)與氫脆關(guān)系研究[J].材料工程,2006(10):37-42.