法蘭頂尖質量缺陷及應對措施

王琳琳

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

1 概述

由于近幾年來，生產現場重型臥車主軸頂尖在生產過程中頻繁出現淬火裂、淬不上硬度以及售后研傷、碎裂等問題，為解決此項質量問題，我們進行了法蘭式頂尖專項質量跟蹤分析、制定了相應的改進措施。

2 現場質量跟蹤及缺陷原因分析總結

由于近年生產任務的增產，內鍛產能不能滿足生產需要，加上9Cr2Mo原材料緊缺以及齊重數控鍛錘噸位限制，因此主軸頂尖毛坯鍛件均為外采購件。在這期間頂尖缺陷陡增，為查找原因，我們增加了檢驗措施：對外鍛頂尖取料化驗、加工前探傷，經對200件同批次外鍛頂尖料30%的抽檢，4件目視裂紋，33件頂尖料成分不合格，對12件成分合格的頂尖探傷，有9件存在φ4以上當量缺陷，66件抽檢中有49件坯料不合格、有6件淬火硬度低、達不到HRC56，總計55件抽檢料中發現質量缺陷，抽檢不合格率83.33%；為此200件外鍛件被判定不合格打廢。

經過跟蹤、分析缺陷產生的原因主要集中在鍛造坯料、鍛造過程、淬火熱處理工序，而其中外鍛毛坯缺陷以及內鍛毛坯鋼錠缺陷是導致頂尖質量及熱處理缺陷的主要原因。集中體現在：一、頂尖淬火硬度低、達不到HRC61；二、淬火裂紋且發生在法蘭螺釘孔處；三、鍛造破網不充分，網狀碳化物超標以及裂紋。

3 原材料生產試驗對比

為確保頂尖的生產周期和質量，依據跟蹤分析結果，我們準備從生產源頭——原材料的選材和質量進行控制，進行了GCr15SiMo和9Cr2Mo原材料生產試驗、比對。具體試驗結果統計如表1：

根據試驗比對和加工檢驗結果，我們選用了GCr15SiMo內鍛方案并完善了工藝手段。

4 質量措施

針對跟蹤分析的頂尖產生的缺陷原因，在控制原材料質量的基礎上，采取以下特殊過程質量措施：

4.1 鍛造質量措施：

（1）、在外鍛合格證齊全的情況下，進行坯料化驗，確保選用化學成分合格的鍛料和鋼坯。

（2）緩慢加熱、溫度不能過高、時間不能過長，防止過熱、過燒，實行“三段加熱法”，始鍛溫度 GCr15SiMo為 1080℃、9Cr2Mo為1150℃，終鍛溫度GCr15SiMo為800℃、9Cr2Mo為850℃。

（3）反復多次鐓拔，保證適宜的鍛造比，鐓粗的鍛造比不小于3、拔長的鍛造比不小于4。每次鐓粗要避免縱彎和軸心偏斜，拔長應力求均勻變形，使每次打擊時送進量控制在砧寬的0.6-0.8范圍內，做到“輕打快翻”。 堅決避免在同一部位反復錘擊、防止錘擊能量變成熱能使金屬局部升溫、過熱引起開裂。

（4）采取“輕-重-輕”的操作法，坯料溫度在始鍛溫度和接近終鍛溫度時都要輕擊，中間階段可以適當重擊。

（5）如果鍛件溫度降到GCr15SiMo為800-900℃、9Cr2Mo降到900-950℃范圍內還沒有達到鍛造的要求時，應馬上將鍛件放入高溫爐重新加熱。

表1 1：4法蘭頂尖試驗比對

（6）鍛造后緩慢冷卻，置于500-600℃左右的爐內保溫1-2小時，隨爐冷卻，或在200℃左右的沙坑或爐渣中緩冷。

（7）鍛造過程中要防止水等冷卻介質噴濺到鍛件上，以免引起局部開裂。

4.2 熱處理質量措施：

（1）對直徑160以上的頂尖進行正火、球化退火和淬火都采取“三段加熱”階梯升溫法，保證加熱保溫時間。

（2）對直徑160以下的頂尖球化退火分二段進行，加熱至780-800℃，保溫，爐冷至680-700℃，保溫5-7小時，爐冷至500℃以下再出爐空冷。

（3）緩慢加熱、加熱溫度不能過高、時間不能過長，防止過熱和過燒。

（4）用廂式爐加熱時應放鐵末或石墨粉防止氧化，用滲碳爐加熱時可滴煤油防止氧化脫碳，適當延長保溫時間。

（5）冷卻采取油冷方式，為保證淬火硬度，淬火前先將淬火油進行預熱至60-70℃，提供冷卻能力。冷卻至150℃時左右出油，及時回火。避免從冷卻介質中出油過早而促使硬度降低。

（6）法蘭沉孔處淬火應力大，該處極易開裂，應減慢沉孔處的冷卻速度，安裝專用淬火保護套工裝及填充耐火粘土進行防護，減慢沉孔處的冷卻速度，保證頂尖尖部硬度達HRC60～62、沉孔處硬度達HRC54～55。

（7）為提高硬度、防止法蘭處開裂，對200以上的頂尖采取尖部、1：4錐部、法蘭部分級淬火。

（8）采取淬火后回火處理，以便消除淬火應力、穩定馬氏體組織。

（9）二次淬火前必須進行退火、消除前次淬火應力及過熱傾向，防止淬火開裂。盡量避免多次淬火，多次淬火加熱引起表面脫碳，會促使淬火開裂。

（10）每序熱處理后必須按檢驗要求檢驗，檢驗合格后方可進行下道工序。檢驗要求：球化退火后網狀碳化物小于3級、珠光體2～5級，淬火后硬度尖部和1：4錐部達HRC60～62，法蘭處硬度達HRC53～55。

4.3 磨削加工：

（1）保證充足的冷卻措施，要隨著磨削隨著給冷卻液，以傳散絕大部分磨削熱量。避免磨削過程中突然給冷卻，防止發生磨削高溫加冷卻的淬火反應而產生的加工硬化現象。

（2）合理選用磨削用量，減小進給量，小上刀，避免瞬間高溫使工件表面燒傷。

（3）減小磨削熱的產生，避免工件磨削表面產生殘余應力，磨削深度控制在0.02mm以內，精磨時控制在0.01mm,更要防止在磨削中突然加大磨削深度。

（4）及時修整砂輪，既要保證砂輪的鋒利，又要保證砂輪的及時脫粒。

結語

通過各生產環節的質量跟蹤分析，重新選材比對試驗，將9Cr2Mo材質改為內鍛GCr15SiMo，實施各工序質量措施和檢驗把關，法蘭頂尖的質量得到了明顯提高，裂紋缺陷得到了控制。

[1]安運錚.熱處理工藝學[M].北京：機械工業出版社，1984.