不同酸洗磷化工藝對精密零件尺寸的影響

李宏樓， 李寶增

(1.河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山 467001;2.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山 467001)

引 言

高壓電氣產(chǎn)品鋼鐵材料精密件應(yīng)用極多，精密件對尺寸精度要求極高，尺寸超差嚴(yán)重影響高壓電氣產(chǎn)品的裝配精度，進(jìn)而影響產(chǎn)品運行的可靠性。酸洗磷化是精密件重要的工序間防腐工藝，精密件經(jīng)過酸洗和磷化工藝處理后，表面生成一層磷化膜保證精密件不會過早發(fā)生腐蝕。酸洗過程中零件表面剝落一層比較薄的膜，對于孔類零件，內(nèi)徑尺寸會變大，對于軸類零件，外徑尺寸會變小。磷化后零件表面發(fā)生粗化，表面粗糙度變大，對于孔類零件，內(nèi)徑尺寸會變小;對于軸類零件，外徑尺寸會變大。目前酸洗磷化過程中精密尺寸的控制靠的是生產(chǎn)經(jīng)驗，操作過程稍有不慎，就會造成尺寸超差零件報廢。如通常采用鹽酸進(jìn)行酸洗，成熟的工藝對于酸洗做了明確規(guī)定，但是鹽酸溶液的濃度不同，腐蝕金屬材料的能力不同。質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為37%鹽酸，腐蝕能力強(qiáng)，使用1個月后即將更換的鹽酸溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%，腐蝕能力弱。正常生產(chǎn)線酸洗溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于二者之間，為準(zhǔn)確測定酸洗過程中精密件尺寸變化，可以取37%和20%這兩個極限值的鹽酸溶液進(jìn)行測定。本文通過不同的工藝試驗，探索常用鋼鐵材料35CrMo與Q235酸洗、磷化過程中尺寸的變化規(guī)律，為生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。

1 實驗方法

實驗基材為35CrMo滾壓件與Q235切削件。酸洗溶液為鹽酸，磷化為鋅鈣系磷化液。

工藝過程:35CrMo精密件分別在37%與20%的鹽酸溶液中進(jìn)行酸洗，在37%的鹽酸與磷化液中進(jìn)行酸洗磷化;Q235精密件分別在37%與20%的鹽酸溶液中進(jìn)行酸洗，在37%的鹽酸與磷化液中進(jìn)行酸洗磷化，同時在生產(chǎn)線進(jìn)行酸洗磷化試驗，測定尺寸變化。

因時間短酸洗零件尺寸變化不明顯，測量誤差大，故加長酸洗時間，計算酸洗1s后零件尺寸變化平均值。文中尺寸增加以+號表示，減小以－號表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 35CrMo精密件的試驗

2.1.1 35CrMo精密件鹽酸酸洗尺寸變化

35CrMo精密件在37%的鹽酸中酸洗，溫度為室溫，時間較短時，零件大部分位置仍舊保持了光亮的金屬光澤，僅是零件表面發(fā)生點蝕，長時間酸洗表面并不是均勻腐蝕脫落，有一定的方向性。精密件成形方式為滾壓，表面脫落垂直于滾壓方向，應(yīng)該與滾壓時應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。35CrMo精密件在37%的鹽酸中酸洗尺寸變化及酸洗1s平均尺寸變化如表1，內(nèi)孔直徑尺寸變化約為+0.039μm/s，外圓直徑尺寸變化約為 －0.049 ～ －0.052μm/s。

35CrMo精密件在20%的鹽酸中酸洗尺寸變化及酸洗1s平均尺寸變化如表2，內(nèi)孔直徑尺寸變化約為 +0.025 ～ +0.031μm/s，外圓直徑尺寸變化約為 －0.030 ～ －0.038μm/s。目前工藝規(guī)定酸洗 t為5～10s，以上試驗涵蓋了新配置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸溶液，與應(yīng)用近1個月質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%的舊鹽酸液，零部件尺寸無論是內(nèi)圓、還是外徑變化均較小，從表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，按照酸洗10s計算，尺寸變化比較小。

表1 35CrMo精密件在37%的鹽酸溶液酸洗尺寸隨時間變化

表2 35CrMo精密件在20%的鹽酸溶液酸洗尺寸隨時間變化

續(xù) 表

2.1.2 35CrMo精密件生產(chǎn)線酸洗磷化尺寸變化

35CrMo精密件在生產(chǎn)線進(jìn)行酸洗磷化，鹽酸測定質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，按照正常的工藝，選擇了酸洗時間，磷化溫度與磷化時間為三個試驗因素，設(shè)計正交試驗如表3。精密件外徑尺寸變化統(tǒng)計結(jié)果也列入表3。由表3可以看出，酸洗時間較短，約5～10s，尺寸變化很小，沒有統(tǒng)計出來，磷化后尺寸增加約為 +0.0065 ～ +0.0080mm。

表3 35CrMo精密件外徑酸洗磷化尺寸變化

2.2 Q235精密件的試驗

2.2.1 Q235精密件鹽酸酸洗尺寸變化

Q235精密件在37%的鹽酸溶液中酸洗時間較短時，零件大部分位置仍舊保持了光亮的金屬光澤，零件表面發(fā)生了點蝕。長時間酸洗后腐蝕沒有明顯的方向性，Q235精密件是切削加工件，切屑件加工過程中沒有明顯的應(yīng)力集中，所以沒有出現(xiàn)如同35CrMo精密滾壓件的方向性腐蝕特征。Q235精密件在37%的鹽酸溶液中酸洗尺寸變化及酸洗1s尺寸變化平均值如表4，內(nèi)孔直徑尺寸增加約+0.048μm/s，外 圓 直 徑 尺 寸 變 化 約 為－0.051 ～ －0.055μm/s。

Q235精密件在20%的鹽酸溶液酸洗尺寸變化及酸洗1s尺寸變化平均值如表5，內(nèi)孔直徑尺寸變化約 為 +0.042μm/s，外 圓 直 徑 尺 寸 變 化 約為 －0.044μm/s。

試驗結(jié)果與35CrMo比較一致，按照目前規(guī)定的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，酸洗5～10s，無論是內(nèi)圓，還是外徑尺寸變化均比較小。

表4 Q235精密件在37%的鹽酸溶液酸洗尺寸隨時間變化

表5 Q235精密件在20%的鹽酸溶液酸洗尺寸隨時間變化

2.2.2 Q235精密件生產(chǎn)線酸洗磷化尺寸變化

Q235精密件在生產(chǎn)線進(jìn)行酸洗磷化，鹽酸測定質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，按照正常的工藝，酸洗10s，磷化20min，磷化試驗Q235精密件尺寸變化如表6。由表6可以看出，酸洗時間短，零件尺寸變化很小，沒有統(tǒng)計出來，磷化后內(nèi)孔直徑尺寸減小約為－0.005～ －0.006mm，外徑直徑尺寸增加約為+0.005mm。磷化膜比較均勻。

表6 Q235精密件酸洗磷化試驗尺寸變化

3 結(jié)論

磷化試驗，零件尺寸變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表7。

對常用的35CrMo和Q235精密件進(jìn)行了酸洗

表7 精密件酸洗磷化尺寸變化

從形貌看，短時間酸洗尺寸變化很小，形貌特征為一些點蝕或不均勻腐蝕現(xiàn)象，35CrMo滾壓精密件長時間酸洗表面腐蝕具有方向性。Q235切削精密件腐蝕沒有明顯的方向性。酸洗過程中，外徑比內(nèi)徑腐蝕速度稍快零件尺寸變化結(jié)論如下:

1)中低碳鋼精密件內(nèi)徑尺寸。37%的鹽酸溶液酸洗時內(nèi)徑尺寸變化為+0.039～+0.048μm/s，20%的鹽酸溶液酸洗時內(nèi)徑尺寸變化為+0.025～+0.042μm/s。中低碳鋼精密件外徑尺寸。37%的鹽酸溶液酸洗時外徑尺寸變化為 －0.049～－0.055μm/s，20%的鹽酸溶液酸洗時外徑尺寸變化為 －0.030 ～ －0.044μm/s。

2)正常的鋅鈣系磷化工藝，磷化20min。材質(zhì)為35CrMo的精密件，磷化后內(nèi)徑尺寸增加平均為6～8μm;材質(zhì)為Q235的精密件，磷化后尺寸增加平均為4～5μm。

3)設(shè)計時對碳素鋼精密件要留有膜厚的余量，磷化工藝直徑尺寸應(yīng)留余量4～10 μm為宜。

［1］ 趙彥浩.客車零部件超聲波酸洗磷化工藝及其產(chǎn)生的廢棄物處理［J］.客車技術(shù)與研究，2008，(6):39-41.

［2］ 董素芳，馮振堂.鋼鐵件酸洗磷化電泳工藝的廢水污染及其處理方法［J］.表面工程資訊，2011，(3):10-11.