李夏青

（福建龍溪軸承（集團）股份有限公司，福建 漳州 363000）

0 概述

在C 客戶軸套產(chǎn)品的試制開始時，公司無相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，只有大量關(guān)于 C 客戶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法的電子文檔，而在C 客戶公司標(biāo)準(zhǔn)和方法中并無指導(dǎo)金相檢驗的相關(guān)文件或資料。因此，為了產(chǎn)品試制和生產(chǎn)的需要，亟需對C 客戶標(biāo)準(zhǔn)和方法進行消化、吸收，并從這些標(biāo)準(zhǔn)和方法中選出具有指導(dǎo)意義的資料，應(yīng)用于試制過程中，然后，再從試制和生產(chǎn)過程中總結(jié)出檢測的方法和經(jīng)驗，建立C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗指導(dǎo)書，來滿足公司C 客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)的需要。

1 課題試驗的內(nèi)容

1.1 標(biāo)準(zhǔn)的識別

C 客戶軸套產(chǎn)品研發(fā)項目組成員負(fù)責(zé)C 客戶軸套產(chǎn)品金相檢驗方法的建立。C 客戶軸套產(chǎn)品開始試制后，共陸續(xù)接到公司技術(shù)部門傳送的英文版電子文檔約84 份，標(biāo)準(zhǔn)的范圍包括材料標(biāo)準(zhǔn)、尺寸標(biāo)準(zhǔn)、熱處理標(biāo)準(zhǔn)、表面要求標(biāo)準(zhǔn)以及這些標(biāo)準(zhǔn)所涉及的檢驗方法等。經(jīng)過初步瀏覽，梳理出與理化檢驗相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將其歸類，見表1，表1 將其與相關(guān)的國內(nèi)檢驗標(biāo)準(zhǔn)和方法進行了比較。

表1 C 客戶軸套產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及與國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對照表

1.2 標(biāo)準(zhǔn)的理解

公司的C 客戶軸套產(chǎn)品從20Cr 鋼制9R4110 滲碳軸套開始試制。試制初期，滲碳件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的主要是C 客戶標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用前，要進行準(zhǔn)備工作，主要是分析各種滲碳顯微組織的形成機理和組織特征，從中熟悉各種組織的評判依據(jù)和方法，然后在產(chǎn)品試制過程中對顯微組織進行分析。同時，通過查尋資料和購買書籍和浸蝕劑，為晶粒度的浸蝕顯示做準(zhǔn)備。

2 試驗

2.1 顯微組織分析

為確保各滲碳顯微組織等項目檢驗的準(zhǔn)確性，在顯微組織檢驗之前，需要根據(jù)檢測項目和檢測位置的特點來保護試樣。對于滲碳件樣品，采用了熱固性鑲嵌法[1]，來保護試樣的邊緣，同時采用0.1 μm 金剛石拋光劑進行最后拋光，以確保組織細(xì)節(jié)的清晰，從而進一步保證組織評定的準(zhǔn)確性。

2.1.1 滲碳軸套顯微組織分析

滲碳軸套顯微組織檢驗項目包括殘余奧氏體、表層碳化物、表層氧化物、脫碳層、表面貝氏體/珠光體、次表層貝氏體、顯微裂紋和心部鐵素體。顯微組織項目的檢驗方法歸納見表2。

表2 滲碳軸套熱處理或磨加工后檢測項目、位置、檢驗依據(jù)和判定依據(jù)明細(xì)表

2.1.2 直淬軸套的顯微組織分析

直淬軸套的顯微組織檢驗項目包括馬氏體和屈氏體，顯微組織項目的檢驗方法歸納見表3。C 客戶標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在距表面0.5 mm 內(nèi)不允許存在非馬氏體組織。試制的結(jié)果如下。對于屈氏體項目，C 客戶標(biāo)準(zhǔn)比JB/T 1255 更為嚴(yán)格，例如某型號軸套，按C 客戶標(biāo)準(zhǔn)判定，經(jīng)常會出現(xiàn)屈氏體項目不合格的情況，經(jīng)過多次工藝試驗仍然難以達(dá)到要求。向C 客戶提供符合JB/T 1255 的樣品時，C 客戶方面沒有否定。因此，熱處理工序的金相檢驗采依然采用JB/T 1255 標(biāo)準(zhǔn)，而軸套磨加工后，在進行檢測并向C 客戶提供報告時，檢測依據(jù)為C 客戶標(biāo)準(zhǔn)，此時對方也未對屈氏體檢測結(jié)果進行判定。

表3 直淬軸套熱處理或磨加工后檢測項目、位置、檢驗依據(jù)和判定依據(jù)明細(xì)表

2.2 晶粒度試驗

從一般的熱處理工藝曲線可知，熱處理工藝包括了3 個最關(guān)鍵要素，即加熱、保溫和冷卻，通過對熱處理工藝的嚴(yán)格控制使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求[2]。根據(jù)熱處理后的產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗結(jié)果，可反映出熱處理工藝的控制水平。例如，晶粒度和馬氏體與熱處理工藝過程中的加熱、保溫關(guān)系密切，所以對熱處理加熱、保溫以及相關(guān)的質(zhì)量控制往往是選擇相對應(yīng)檢測項目。目前，在我國與軸承零件相關(guān)的熱處理質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)中，大多采用馬氏體控制方法，例如某公司目前執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》就是采用馬氏體控制方法，而對晶粒度的檢驗沒有要求。與我國不同的是，國外標(biāo)準(zhǔn)大多采用晶粒度控制方法，C 客戶標(biāo)準(zhǔn)也是如此，著重強調(diào)了晶粒度的控制。然而，在JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)修訂意見稿中，提出了對晶粒度的質(zhì)量的檢驗要求。由此可見，我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正向國際化方向發(fā)展。

進行晶粒度試驗時，首先選擇20Cr 鋼制零件作為試驗材料，并根據(jù)GB/T 6394 標(biāo)準(zhǔn)選擇浸蝕劑配方。由于GB/T 6394標(biāo)準(zhǔn)沒有提供浸蝕溫度和浸蝕時間，所以即使有合適的浸蝕劑配方，在室溫下仍不能顯示晶粒。通過查尋相關(guān)資料，試驗時采用過幾種不同的浸蝕溫度來顯示晶粒，但是相同配方在不同的溫度下晶粒的顯示速度各有不同，為了今后的檢驗操作更為方便和更具復(fù)現(xiàn)性，研究人員確定實驗時采用100 ℃的高溫進行加熱。通過對不同的顯示劑配方，在100 ℃下進行不同時間的浸蝕，經(jīng)過反復(fù)試驗可以得出不同配方的最佳顯示效果，不同的浸蝕劑配方、浸蝕溫度和浸蝕時間搭配最終呈現(xiàn)的顯示效果見表4，浸蝕后典型顯示效果如圖1 所示。經(jīng)過一段時間的大量試驗，研究人員逐漸掌握了20Cr 鋼和GCr15鋼的晶粒度顯示技術(shù)。最終確定了20Cr 鋼和GCr15 鋼原奧氏體晶粒度的浸蝕方法[1]：浸蝕劑為5 g 苦味酸、4 g 十二烷基苯磺酸鈉、4 滴雙氧水、100 mL 蒸餾水和少許鋼片，浸蝕溫度為100 ℃，浸蝕時間為50 s[1]。從試驗的結(jié)果看，加入少許鋼片可防止試樣過度氧化。

圖1 浸蝕后幾個典型的顯示效果圖

表4 浸蝕劑配方與浸蝕溫度和浸蝕時間

2.3 滲碳淬火硬化層試驗

滲碳淬火硬化層的試驗，國內(nèi)采用的是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9450《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核》。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在與客戶無特殊約定的情況下，滲碳淬火硬化層測試時，所采用的測試力為4.9 N～9.8 N。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，在向C 客戶提供的首份檢驗報告中滲碳淬火硬化層的測試采用了9.8 N 測試力測試力，C 客戶對此沒有提出異議。但C 客戶在樣品接收檢驗時，提出了滲碳淬火硬化層測試須采用4.9 N 測試力。因此，在隨后的C 客戶軸套產(chǎn)品檢驗中，均采用C 客戶規(guī)定的方法，即當(dāng)指定的最小表面硬度大于或者等于洛氏硬度55 HRC 時，測至洛氏硬度50 HRC。當(dāng)指定的最小表面硬度小于洛氏硬度55 HRC 時，測至比指定的最小表面硬度小5 HRC。該測試可以通過適當(dāng)?shù)娘@微硬度計來進行檢驗，測試時的測試力為4.9 N，硬度轉(zhuǎn)換應(yīng)該與ASTM E140“金屬標(biāo)準(zhǔn)硬度轉(zhuǎn)換表”或者SAE J417B“硬度測試和硬度值轉(zhuǎn)換”一致。我國的硬度轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 1172《黑色金屬硬度換算表》，經(jīng)比較，ASTM E140“金屬標(biāo)準(zhǔn)硬度轉(zhuǎn)換表”與GB/T 1172《黑色金屬硬度換算表》基本一致。

3 理化檢驗方法的建立

建立C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗方法的主要依據(jù)有以下3個方面：1）采用與C 客戶相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及ASTM 標(biāo)準(zhǔn)等等效的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如GB/T 3077《合金結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 18254《高碳鉻軸承鋼》、GB/T 9450《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核》、GB/T 230.1《金屬洛氏硬度試驗 第1 部分：試驗方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）》、GB/T 6394《金屬平均晶粒度測定法》、GB/T 10561《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》和GB/T 4340.1《金屬維氏硬度試驗 第1 部分：試驗方法》。2）參照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》中所規(guī)定的試驗方法。3）在C 客戶軸套產(chǎn)品在試制和生產(chǎn)過程中，其使用到的方法包括晶粒度的試驗方法、滲碳淬火硬化層的檢測方法和金相試樣鑲嵌方法以及試樣取樣中的取樣位置和檢測位置的合理性以及組織特征與判定的方法等。

4 C 客戶軸套產(chǎn)品質(zhì)量分析與熱處理工藝的指導(dǎo)

以滲碳產(chǎn)品的晶粒度問題與滲碳件二次淬火工藝的應(yīng)用為例。C 客戶滲碳軸套采用20Cr 鋼。20Cr 鋼屬于本質(zhì)粗晶粒鋼，在滲碳加熱的過程中，隨著溫度的升高，本質(zhì)粗晶粒鋼的奧氏體晶粒長大速度越快，在加熱后直接進行淬火處理，隨著滲碳層深度的增加（實際常常也是加熱保溫時間的延長），晶粒度很難達(dá)到≥5 級的要求。所以20Cr 鋼在常規(guī)的滲碳工藝中，一般采用滲碳為緩冷為加熱為淬火工藝，這種工藝可以細(xì)化滲碳時產(chǎn)生的粗大晶粒，從而滿足晶粒度要求[3]。而某公司產(chǎn)品試制初期，20Cr 鋼滲碳軸套采用的熱處理工藝為滲碳為直接淬火工藝，所以在滲碳淬火硬化層深度≥1 mm 時，晶粒度一般情況下都不合格。在分析了晶粒粗大的原因后，C 客戶的滲碳鋼軸套采用了滲碳為緩冷為加熱為淬火即二次淬火工藝，從根本上解決了晶粒度不合格的問題。

5 結(jié)論

該文對C 客戶新標(biāo)準(zhǔn)和新方法的認(rèn)識、歸納和選用以及這些標(biāo)準(zhǔn)在試制和生產(chǎn)過程中所開展的試驗和應(yīng)用進行了論述，著重介紹了晶粒度試驗過程和20Cr 晶粒度浸蝕顯示方法的確定，可以得出以下結(jié)論：1）通過多次與C 客戶技術(shù)指導(dǎo)的交流和對C 客戶公司標(biāo)準(zhǔn)的消化吸收，研究人員熟練掌握了C 客戶軸套產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及與這些標(biāo)準(zhǔn)所包括的對熱處理質(zhì)量控制的檢測意義。在與C 客戶交流的過程中，較好地展示了該公司理化檢測的水平，贏得了C 客戶技術(shù)指導(dǎo)的認(rèn)可。2）編制了《C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗指導(dǎo)書》，該指導(dǎo)書所涉及的原材料已經(jīng)進行了檢驗，在熱處理工序和磨加工后的理化檢驗中得到了應(yīng)用，C 客戶產(chǎn)品的檢測具有充分的檢測依據(jù)。3）解決了晶粒度等熱處理指標(biāo)的檢驗問題，不僅可以滿足C 客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，也為今后新版的JB/T 1255 及GB/T 34891、JB/T 8881 標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行做好了技術(shù)準(zhǔn)備。