目前,在汽車零部件生產(chǎn)中已廣泛使用感應淬火來提升強度和增加表面硬度,為確認感應淬火件的淬火質(zhì)量符合圖樣規(guī)定的技術(shù)要求,一般要對外觀、硬度、淬硬層深度、淬硬區(qū)域、金相組織、變形與裂紋這7項進行檢驗。但在實際應用中,部分企業(yè)只是投入了機床或是委外進行感應淬火處理,并未認真對淬硬區(qū)域這一檢驗項目進行檢驗與控制,導致質(zhì)量問題的發(fā)生。下面將介紹一些案例,說明感應淬火件淬硬區(qū)域的重要性以及檢驗要求。
為檢測感應淬火件的淬硬區(qū)域及淬硬層深度,需要進行取樣及磨樣等工作,因為費時費力,作為工作面的淬硬區(qū)域,一些企業(yè)經(jīng)常使用硬度計隨機在淬硬區(qū)進行硬度檢測,但沒有對淬硬區(qū)域是否符合要求進行判斷。如果淬硬區(qū)域剛好在過渡或受力區(qū)域,即使其他檢驗項目符合要求,同樣造成應力集中,受力后造成斷裂。
1.階梯軸淬硬區(qū)域
在汽車零件部件中,涉及到階梯軸類型的很多,對于某40Cr前殼產(chǎn)品(見圖1),要求淬硬層深5～7mm,由于淬火工藝不完善,為了保證淬硬層區(qū)域過大直徑倒角處,在圓角處線圈停留時間長,造成圓角處淬硬層深過深,應力過大而容易開裂。
圖1 要求的淬硬區(qū)域
廠家為避免此種情況,將淬火區(qū)域調(diào)整到如圖2所示,淬硬層中斷,大大降低了前殼的扭轉(zhuǎn)強度,發(fā)生早期斷裂。對于前殼承受扭矩的零件,淬硬區(qū)必須過大直徑倒角,因此對于類似階梯軸產(chǎn)品,要檢驗是否得到連續(xù)、不中斷的淬硬區(qū)域,就要考慮在臺階部位進行取樣檢測(圖1 虛線框處)。
圖2 實際的淬硬區(qū)域
2.花鍵軸淬硬區(qū)域
某制動凸輪軸產(chǎn)品,圖樣要求在局部光桿區(qū)淬硬層深1～3mm,淬硬區(qū)域邊界與花鍵退刀處有15mm的間隔,對在花鍵過渡區(qū)斷裂的實物進行分析,發(fā)現(xiàn)光桿斷口處有1.3mm深的回火馬氏體組織,花鍵退刀斷口處為珠光體+鐵素體的金相組織,斷裂處正好是淬硬區(qū)與原始狀態(tài)的過渡區(qū),表面硬度從60HRC降到17HRC,從表面殘余壓應力狀態(tài)轉(zhuǎn)為拉應力狀態(tài),在受到扭轉(zhuǎn)時,極易發(fā)生斷裂。
3.光桿軸的淬硬區(qū)域
經(jīng)對某平衡懸架軸的失效件進行分析,發(fā)現(xiàn)斷裂的位置均處于淬火區(qū)與非淬火區(qū)的分界區(qū)域,經(jīng)CAE分析,斷裂位置正好是受力區(qū)域。經(jīng)與技術(shù)要求核對發(fā)現(xiàn),淬硬區(qū)長度只有270mm,低于技術(shù)要求的350mm。在日常硬度及金相檢測中沒有對淬硬區(qū)域進行確認,沒有發(fā)現(xiàn)此問題。經(jīng)廠家對平衡懸架軸中頻淬火工藝改善后,淬硬區(qū)長度增加到技術(shù)要求,經(jīng)市場驗證,平衡懸架軸斷裂故障率降低了95%以上。
4.整體淬火軸類產(chǎn)品
以汽車半軸為例,淬硬區(qū)從半軸法蘭盤內(nèi)側(cè)R角一直花鍵末端。采用掃描淬火法時,當掃描到桿部與花鍵過渡段時,有效圈上的磁力線常會產(chǎn)生偏移,即桿部未加熱到過渡區(qū)域,而花鍵部已加熱,因此臺階部位是過程控制中難保證的部位。為了縮短檢測時間,盡快掌握半軸感應淬火質(zhì)量,推薦圖3虛線框處取樣位置。
圖3 半軸掃描淬火取樣位置
5.結(jié)語
在感應淬火件的淬硬區(qū)域內(nèi),應選擇一個或幾個斷面進行解剖檢測分析,除了檢測淬硬層深度和金相組織外,還要考慮淬硬區(qū)域的檢測。
(1)局部淬火件
對于淬硬區(qū)長度不長的件,可以整段或分段取整個區(qū)域進行檢驗。對于淬硬區(qū)域較長的件,可以選取有代表性的區(qū)域進行檢驗,代表性的區(qū)域常選擇尺寸有變化的斷面、受力面或過渡區(qū)域。
(2)整體感應淬火件
需多處取樣進行質(zhì)量檢驗,選取的代表性區(qū)域同局部淬火件選用的原則,盡量能用最少的剖面對整體感應質(zhì)量進行有效判斷。
來源:熱處理生態(tài)圈
作者:苗國良、苗國良、徐龍立
單位:東風柳州汽車有限公司
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