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        鋁合金彈底產(chǎn)生缺陷原因分析

        2021-07-20 06:36:56褚小菲楊有才石燕柯美武馮軍海毛永張然
        金屬加工(熱加工) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:熱處理爐晶界熱處理

        褚小菲,楊有才,石燕,柯美武,馮軍海,毛永,張然

        豫西工業(yè)集團河南北方紅陽機電有限公司 河南南陽 474678

        1 序言

        鋁合金比強度高,具有較好的耐腐蝕性能和較高的韌性且易于加工,廣泛應(yīng)用于各種飛機、導彈和火箭的高強度結(jié)構(gòu)零件,是航空航天領(lǐng)域的重要材料。豫西工業(yè)集團河南北方紅陽機電有限公司某型號產(chǎn)品彈底采用7A04鋁合金擠壓而成,其中一爐產(chǎn)品在熱處理后發(fā)現(xiàn)彈底存在缺陷,彈底口部有起層、掉渣現(xiàn)象,外表面錐體部分可見沿圓周形成環(huán)狀裂紋,內(nèi)孔圓弧過渡處也發(fā)現(xiàn)有沿圓周形成的環(huán)狀裂紋,為了找出引起彈底缺陷的原因,對鋁合金彈底產(chǎn)生缺陷原因進行了分析。

        2 故障分析及定位

        結(jié)合彈底加工過程,按故障樹分析法,對彈底缺陷進行分析,列出故障樹如圖1所示,并對故障樹上影響彈底質(zhì)量的因素進行逐一排查。

        圖1 彈底缺陷故障樹

        (1)人員 操作人員經(jīng)培訓考核,做到了持證上崗,均是有經(jīng)驗的操作工。

        (2)原材料 原材料為7A04棒料,進廠驗收化學成分、力學性能、金相組織、低倍組織均合格。

        (3)工藝 彈底加工工藝使用多年,沿用至今,工藝參數(shù)合理、有效。工藝流程:生產(chǎn)前準備→上料→模鍛→粗加工→熱處理→精加工;鋁合金熱處理方式為T6處理,其中固溶處理的淬火溫度為470℃。

        (4)設(shè)備 對熱處理設(shè)備進行排查,經(jīng)詢問操作工得知本爐彈底出爐時工件顏色通紅,而以前未出現(xiàn)此現(xiàn)象。

        (5)故障定位 結(jié)合故障樹進行排查分析,排除了人員、材料、工藝方面可能存在的問題,基本確定彈底缺陷是由于熱處理設(shè)備存在問題引起的。

        3 理化檢驗

        為了查找缺陷原因,挑選缺陷明顯的彈底解剖進行理化檢驗。

        (1)宏觀觀察 沿彈底軸線剖開,根據(jù) GB/T 3246.2—2012 《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法第2部分:低倍組織檢驗方法》規(guī)定要求,對失效鋁合金彈底進行低倍組織分析,浸蝕后發(fā)現(xiàn)試面上存在大量裂紋,在內(nèi)壁圓弧過渡處分別有向內(nèi)延伸的裂紋。同時,外圓錐表面發(fā)現(xiàn)有2.5mm深的粗晶環(huán),粗晶環(huán)與基體交界處存在裂紋,底面心部有縱向裂紋。

        (2)顯微組織分析 在彈底圓弧過渡處取金相試樣,根據(jù) GB/T 3246.1—2012《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法 第 1 部分:顯微組織檢驗方法》規(guī)定要求,對試樣磨制后,用混合酸水溶液進行腐蝕,顯微組織如圖2所示,經(jīng)觀察試樣顯微組織中出現(xiàn)復熔共晶相,并存在大量的與復熔三角形相近的組織特征,且富集在晶界上,具有晶界加寬的特征,是典型的過燒組織[1]。

        圖2 彈底顯微組織

        4 爐溫檢測

        為了查找過燒原因,依據(jù)GB/T 9452—2012《熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法》對熱處理爐裝料時爐內(nèi)溫場進行檢測,測試設(shè)備的5號測點與熱電偶連接,其余5個測點放置于工件處,測點位置如圖3所示。

        圖3 爐溫檢測位置

        按圖3放置測點對熱處理爐爐內(nèi)溫場進行檢測,爐溫設(shè)定為470℃,保溫70min,記錄各個測點溫度變化情況,檢測結(jié)果見表1。

        表1 熱處理爐爐溫檢測結(jié)果 (℃)

        檢測結(jié)果:爐內(nèi)最高溫度與最低溫度相差超過50℃,且溫度波動較大,爐內(nèi)實測溫度與設(shè)定溫度不一致,爐內(nèi)溫度均高于設(shè)定溫度。

        隨即對熱處理爐進行檢修,發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)壁右側(cè)內(nèi)襯板開裂,且縫隙較大,爐內(nèi)風扇松動,轉(zhuǎn)速過慢。

        5 分析與討論

        熱處理爐最高溫度達525.04℃,超過了7A04鋁合金低熔點共晶體Al+T(Al2Mg3Zn3)的熔點489℃,會使鋁合金晶界和晶內(nèi)Al6(MnFe)、AlMnFeSi等不溶相形成團聚狀,并在局部晶界以團聚狀不溶相為核心形成復熔球,產(chǎn)生過燒組織[2]。過燒組織使鋁合金晶界脆化、強度降低,在后續(xù)的淬火冷卻過程中受到高強度應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋,降低工件的疲勞性能和腐蝕性能。因此,熱處理后的鋁合金件不允許有過燒現(xiàn)象[3],粗大的枝晶偏析還可能在隨后的加工過程中形成帶狀組織,造成工件在使用過程中失效。

        由分析過程可以看出,彈底產(chǎn)生缺陷的原因為熱處理爐溫度異常致使淬火加熱溫度過高,造成材料過燒,晶內(nèi)偏析和多余脆性相的存在使塑性明顯降低,引起材料強度下降,水冷時在圓弧過渡、尖角及粗晶環(huán)等應(yīng)力集中處形成裂紋,并在內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生開裂。

        6 結(jié)論及改善措施

        1)彈底產(chǎn)生缺陷的原因為熱處理爐爐內(nèi)溫度過高導致了材料的過燒,造成了產(chǎn)品的早期失效。

        2)維修故障設(shè)備,對熱處理爐內(nèi)襯板進行焊接,并對爐內(nèi)風扇進行更換,對密封部位進行補焊。

        3)加強管理,定期對熱處理爐進行校檢,并在工件入爐前使用紅外測溫儀測試爐內(nèi)實際溫度。

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