關(guān)于拉桿接頭鍛件裂紋的分析與整改

文／王夕鋒，房田振，高桂堂·諸城市義和車橋有限公司

汽車轉(zhuǎn)向拉桿是汽車上的重要零件，其強(qiáng)度和可靠性是汽車能否安全行駛的重要指標(biāo)之一。汽車轉(zhuǎn)向拉桿球接頭總成是汽車轉(zhuǎn)向拉桿的重要組成部分，而拉桿接頭是其連接和支撐的主體部件，故其是重要的保安件之一，不得有折疊、裂紋等缺陷，保證其內(nèi)在質(zhì)量尤為重要。而我們?cè)谏a(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)接頭鍛件出現(xiàn)裂紋，本文就其發(fā)生的前因后果及整改措施做如下介紹。

拉桿接頭產(chǎn)品介紹

⑴產(chǎn)品三維模型如圖1 所示，冷鍛件二維圖紙如圖2 所示。

⑵使用的材料為GB/T 699-2015 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45#，圓鋼φ40mm。

⑶該鍛件的總體加工工藝流程為：棒料剪下料、300kW 中頻加熱爐加熱、300 噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)鍛造、100 噸沖床切邊，然后轉(zhuǎn)網(wǎng)帶正火線進(jìn)行正火，再進(jìn)行拋丸、探傷，最后進(jìn)行機(jī)加工。

產(chǎn)品問題描述

20 多年來我們穩(wěn)定生產(chǎn)了幾千萬件合格的拉桿接頭產(chǎn)品，該產(chǎn)品熱處理要求是正火處理，在某班次生產(chǎn)過程中卻發(fā)現(xiàn)302 件產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋，故對(duì)本批產(chǎn)品立即進(jìn)行隔離封存，具體裂紋照片如圖3 所示。

產(chǎn)品問題原因分析

鍛件產(chǎn)生裂紋，不外乎兩種，一種是鍛造裂紋，另一種是熱處理裂紋。

圖1 產(chǎn)品三維模型

圖2 冷鍛件二維圖紙

圖3 產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋

鍛造裂紋也就是鍛造完成后產(chǎn)生的裂紋，這里面可能有兩種產(chǎn)生的原因，一種是鋼材本身的質(zhì)量問題導(dǎo)致的，如常見的非金屬夾雜物、砂眼、劃痕、裂紋、縮孔、皮下氣泡、發(fā)紋、白點(diǎn)和夾層等，在鋼材的表面或者內(nèi)部存在，經(jīng)過鍛打反應(yīng)在鍛件上。第二種情況就是鍛造過程產(chǎn)生的，譬如鍛打溫度過高、過低，加熱過程中產(chǎn)生過燒或者過熱組織，包括鍛打工藝問題(即預(yù)鍛和終鍛型腔不匹配)、操作不當(dāng)(把坯料預(yù)鍛時(shí)打的太薄)，金屬流線出現(xiàn)紊流，模具出現(xiàn)龜裂，也會(huì)造成鍛件產(chǎn)生裂紋。

熱處理裂紋主要是淬火裂紋，也就是淬火后內(nèi)應(yīng)力超過了材料的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致開裂，出現(xiàn)此現(xiàn)象，有這幾種可能。⑴工件結(jié)構(gòu)不合理、壁厚差別太大。⑵淬火溫度太高、淬火液里冷卻時(shí)間太長。⑶鋼種選用的淬火介質(zhì)性質(zhì)或者濃度不合適，淬火冷速太快。⑷淬火液攪拌太劇烈等，這都增大了淬火內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而可能產(chǎn)生淬火裂紋。再就是淬火后放置在空氣中時(shí)間太長，回火不夠及時(shí)，導(dǎo)致回火前或者在回火過程中開裂，當(dāng)然這些都要從失效件中進(jìn)行金相檢查、分析判斷。

該拉桿接頭因?yàn)槭钦馉顟B(tài)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常，所以沒有經(jīng)過淬火過程，故可以排除熱處理導(dǎo)致的裂紋，后續(xù)重點(diǎn)從鍛造方面以人機(jī)料法環(huán)的方法進(jìn)行分析，具體如表1所示。

通過分析可以看出，原材料缺陷是產(chǎn)生裂紋的主因，因此我們對(duì)裂紋處進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)存在脫碳現(xiàn)象，同時(shí)裂紋無明顯的方向性，在接頭的桿部及頭部都有，據(jù)此就要查原材料，我們對(duì)庫存材料進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分材料表面存在類似劃傷的現(xiàn)象，有很多條劃痕，故對(duì)此材料按照GB/T 15711-2018 鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢測方法進(jìn)行了塔形發(fā)紋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果一塊合格無發(fā)紋，另一件在階梯一有多條發(fā)紋，最長29mm，階梯三有多條細(xì)小發(fā)紋，故不合格，見圖4。

表1 產(chǎn)品缺陷問題分析

因我們的工件是鍛件，故按照標(biāo)準(zhǔn)從該材料上取樣進(jìn)行頂鍛試驗(yàn)，從看到表面有多條劃痕的材料上取樣進(jìn)行頂鍛，發(fā)現(xiàn)頂鍛后試樣上有裂縫(見頂鍛后照片)，從表面沒有劃痕的材料上取樣再次進(jìn)行頂鍛試驗(yàn)，試樣沒有任何缺陷，故判斷該批材料不合格并進(jìn)行封存，出現(xiàn)此次質(zhì)量問題的原因在原材料上。

圖4 材料缺陷

整改和預(yù)防措施

⑴按照鋼材的國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制鋼材的低倍組織要求，不得有目視所見的縮孔、夾雜、裂紋、白點(diǎn)和氣泡等缺陷，一般疏松、中心疏松、錠型疏松均符合各等級(jí)要求，確保鋼廠提供材料的一致性，減小發(fā)紋產(chǎn)生的數(shù)量及尺寸，有質(zhì)量要求很高的工件建議與鋼廠簽訂獨(dú)立的協(xié)議材料，由鋼廠確保原材料的質(zhì)量，這是最關(guān)鍵的也是最重要的。對(duì)于一般用戶如檢測能力薄弱的，則加強(qiáng)對(duì)原材料進(jìn)貨檢驗(yàn)的檢查要求，要求每批材料都要進(jìn)行外觀檢查，且材料表面不得有目視可見的裂紋、折疊、結(jié)疤及夾雜，并進(jìn)行隨機(jī)頂鍛試驗(yàn)，將這作為一個(gè)進(jìn)貨管控的要求。

⑵作為保安件，嚴(yán)格執(zhí)行鍛件100%的探傷要求，確保合格出廠，這是必要的預(yù)防手段。

結(jié)束語

通過此次鍛件產(chǎn)生的裂紋問題，充分認(rèn)識(shí)到質(zhì)量問題永遠(yuǎn)存在，防不勝防，一刻都不能放松，即便生產(chǎn)了幾千萬件沒有問題，也不代表以后沒有問題，標(biāo)準(zhǔn)只會(huì)越來越高、控制會(huì)越來越嚴(yán)，而在工藝執(zhí)行方面必須真正做到位，不能蠻不在乎、隨意變動(dòng)。當(dāng)問題發(fā)生了，只有仔細(xì)檢查和分析，找出發(fā)生問題的根源，這樣就可以做到有效預(yù)防和管控。