產品零件的裂紋分析與創新熱處理工藝研究

湯少凌， 湯立群

（肇慶市技師學院，廣東 肇慶 526020）

0 引言

某廠使用原材料爐號為5B451生產的某產品零件，實際投料為354件，在冷加工過程中和經過原來的熱處理工藝處理后，總共查出有裂紋的零件52件，廢品率14.7%。

為了分析裂紋的產生原因并探索有效的熱處理工藝，我們做了大量的分析試驗研究工作。試驗研究證實，零件裂紋產生的原因是冷加工（冷縮、擴孔）應力超過了原材料的塑性極限值。

為了避免產生裂紋現象，我們試驗對冷軋或熱軋狀態供應的原材料，在冷縮、擴孔工序之前，將低溫去應力熱處理工藝創新為完全退火熱處理工藝。通過大批量的生產實踐，證實采用創新熱處理工藝后，杜絕了該零件在生產過程中出現裂紋而造成廢品的現象，從而為企業創造了較大的經濟效益。

1 原始數據

1）原材料狀態，見表1。

表1 原材料狀態

2）原材料牌號：略。

3）零件的原生產工藝流程：下料→機械加工→磷化→低溫去應力→冷縮、擴孔→去應力→正火→調質→機械加工→鍍鉻→性能試驗→裝配（零件示意圖見圖1）。

4）零件產生裂紋部位的金相組織，見圖2。

5）零件的幾種典型裂紋（零件經最終熱處理）。

a.零件號11177機加工后，在喇叭口與φA（見圖1）過渡的地方出現一條長34 mm的裂紋，貫通壁厚（1＃，試樣保存號）。

b.零件號11 275機加工后，在 φB（見圖1）的外表面出現一條長40 mm的裂紋 （2＃，試樣保存號）。

圖1 零件示意圖

圖2 裂紋部位金相組織

c.零件號11 148鍍鉻后，經性能試驗，用光學檢查，在喇叭口與φA（見圖1）過渡的地方出現了3條內膛裂紋，長度分別為3 mm、2.5 mm、2 mm的斷續細小裂紋（3＃，試樣保存號）。

d.零件號11074鍍鉻后，經性能試驗，發現內膛弊病。后退鉻，經光學檢查，在φA（見圖1）內膛出現長度150 mm的斷續細小裂紋（4＃，試樣保存號）。

2 裂紋試驗、分析

1）該批次零件裂紋都是產生在冷縮、擴口工序之后，調質工序之前。

2）爐號5B451原材料為熱軋狀態供貨。冷縮、擴口前的低溫去應力熱處理工藝，由于溫度低，未起到軟化作用。

3）分析裂紋產生原因：冷縮、擴口應力；管材存在允許的表面缺陷。詳見表2。

3 熱處理工藝試驗、金相分析及力學性能測試

3.1 創新熱處理工藝試驗

為了杜絕零件裂紋的產生，零件新的生產工藝流程如下：下料→機械加工→磷化→完全退火→冷縮、擴口→正火→調質→機械加工→鍍鉻→性能試驗→裝配（即在冷縮、擴口工序前增加了一道完全退火的熱處理工藝）。

表2 裂紋試驗、分析表

3.2 金相分析及力學性能測試

對新、舊工藝流程生產的零件在冷縮、擴口工序前進行金相分析，見圖3及表3。

從金相照片對比可以看出，通過采用創新的熱處理工藝后，零件金相組織中的網狀滲碳體（碳化物）完全消失了，即其金相組織為F+P。這對冷縮、擴口工序來說，是一個非常優秀的金相組織。

另外，從力學性能測試對比，也可以明顯看出增加一道完全退火熱處理工藝的作用。該創新熱處理工藝應用于批量生產，零件冷縮、擴口后再沒有出現裂紋現象。

圖3 金相照片（4%硝酸酒精溶液腐蝕）×100

表3 金相分析及力學性能對比表

4 結論

為了消除出現裂紋的傾向，對冷軋或熱軋狀態供應的原材料，在冷縮、擴口工序前應進行一次完全退火熱處理工藝，這是防止零件在冷加工過程產生裂紋的有效措施。通過創新熱處理工藝措施，為企業創造了較大的經濟效益。

［1］ 葉宏：金屬材料與熱處理［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［2］ 薄鑫濤，郭海洋，袁鳳松.實用熱處理手冊［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2009.