軸類零件淬火后開裂分析

何海軍

（江蘇廣義牽引技術(shù)研究所有限公司，常州 213300）

大批量軸生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)淬火后開裂現(xiàn)象時有發(fā)生。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，12 796根軸在淬火后發(fā)現(xiàn)了29根軸存在裂紋，裂紋發(fā)生率為0.227%，造成了較大損失，因此有必要進(jìn)一步對其進(jìn)行分析改善[1]。

1 工序過程關(guān)鍵變量分析

1.1 煉鋼工序過程中與裂紋有關(guān)的影響因子的強(qiáng)弱相關(guān)分析

真空精煉過程中，與裂紋強(qiáng)相關(guān)的過程變量有白渣時間、耐火材料質(zhì)量以及耐火材料更換頻次。弱相關(guān)過程變量是廢鋼化學(xué)成分。真空脫氣過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有真空度和極限真空時間。弱相關(guān)過程變量包括出鋼溫度和人員技能。澆注過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有鎮(zhèn)靜時間、鑄模清潔度、平板清潔度、澆注注流對中度以及澆注溫度。弱相關(guān)過程變量是烘烤溫度和人員技能。

1.2 鍛造工序過程中與裂紋有關(guān)的影響因子的強(qiáng)弱相關(guān)分析

切頭鋸切過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有鋸切率，弱相關(guān)過程變量是人員技能。鍛造過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有鍛造墩粗拔長次數(shù)，弱相關(guān)過程變量是鍛造加熱溫度、鍛造比和人員技能。鍛后熱處理過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有鍛后正火溫度和正火后冷卻方式，弱相關(guān)過程變量是人員技能。

1.3 熱處理工序中與裂紋有關(guān)的影響因子的強(qiáng)弱相關(guān)分析

淬火過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有淬火間隔時間、淬火油品、淬火油溫、淬火設(shè)備、油冷時間、裝爐位置和人員技能，弱相關(guān)的變量是環(huán)境溫度。低溫回火過程中，強(qiáng)相關(guān)的過程變量有低溫回火溫度和低溫回火時間，弱相關(guān)的過程變量是人員技能。

2 強(qiáng)相關(guān)過程變量的FMEA

識別的23個強(qiáng)相關(guān)過程變量，邀請廠內(nèi)外鍛造、冶煉、熱處理方面專家用FMEA進(jìn)行詳細(xì)分析，期望找出更好的發(fā)現(xiàn)措施、預(yù)防措施以及后續(xù)的改善方向。具體分析見表1。

表1 強(qiáng)相關(guān)過程變量的FMEA

續(xù)表1

續(xù)表1

3 根據(jù)FMEA的結(jié)果執(zhí)行改善行動

改善點(diǎn)1至改善點(diǎn)8，工藝控制點(diǎn)比較簡單，直接可以采取改善措施。改善點(diǎn)9涉及到諸多的工藝參數(shù)及工藝參數(shù)的組合[2]需要進(jìn)一步分析。

3.1 改善點(diǎn)1至改善點(diǎn)8的改善措施

改善1：選擇好的耐火材料，嚴(yán)格進(jìn)貨檢驗。

改善2：對耐材更換頻次進(jìn)行文件化規(guī)定。

改善3：現(xiàn)場檢查更換鋼包水口磚和滑板操作，防止上下水口連接處的火泥遺留在通道中被沖刷到鋼水中，同時清除雜物，避免殘留燒結(jié)的氧化鐵。

改善4：清理鑄模，磚砌完后清理后檢查。鋼錠模砌筑過程存在外來夾雜物混入鋼水風(fēng)險的預(yù)防措施即在使用前檢查和清理內(nèi)孔，預(yù)先防止雜物進(jìn)入流鋼通道。

改善5：嚴(yán)格清理耐火浮籽，不遺留水玻璃砂在湯道中。

改善6：對澆注時的注流對中，確認(rèn)喇叭口耐材沒有被沖刷破損[3]。

改善7：文件化規(guī)范非金屬夾雜物取樣位置。

改善8：規(guī)范墩粗拔長次數(shù)，規(guī)范化材料墩粗拔長次數(shù)（鍛造單次拔長比過高導(dǎo)致材料橫向性能不足）保證追溯性。

4 熱處理過程多因子分析

選取開裂爐次15爐，對照用未開裂爐次21爐，樣本數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 樣本數(shù)據(jù)

續(xù)表2

4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析

以油冷時間為因子、開裂率為響應(yīng)，做回歸分析有P=0.007＜0.050，即開裂率與油冷時間相關(guān)性顯著。以淬回火間隔為因子、開裂率為響應(yīng)，做回歸分析有P=0.110＞0.050，即開裂率與淬回火間隔不存在統(tǒng)計意義上的相關(guān)性。將淬火出油至入低回爐間隔時間定義為“操作淬回火間隔”，以操作淬回火間隔為因子、開裂率為響應(yīng)，做回歸分析有P=0.673＞0.050，即間隔時間對開裂與否不存在統(tǒng)計意義上相關(guān)性。開裂率與油品參數(shù)各數(shù)據(jù)回歸分析中，各P值均大于0.050，即開裂率與油品參數(shù)各數(shù)據(jù)不存在統(tǒng)計意義上的相關(guān)性[4]。開裂率與淬火油溫回各參數(shù)做回歸分析，有各油溫參數(shù)P值均大于0.050，即不存在相關(guān)性。

對開裂率執(zhí)行淬火設(shè)備和回火設(shè)備單因子進(jìn)行方差分析。對淬火設(shè)備，有P=0.414＞0.050，說明開裂率與淬火設(shè)備間不存在統(tǒng)計意義上的相關(guān)性。對回火設(shè)備，有P=0.256＞0.050，說明開裂率與回火設(shè)備間不存在統(tǒng)計意義上相關(guān)性。開裂零件裝爐位置及相應(yīng)位置總產(chǎn)量統(tǒng)計如表3所示，并對裝爐位置按開裂數(shù)作相關(guān)性卡方檢驗。

表3 開裂零件裝爐位置及相應(yīng)位置總產(chǎn)量統(tǒng)計

結(jié)果顯示，P=0.725＞0.050，即認(rèn)為裝爐位置與零件開裂數(shù)無關(guān)。

以低回溫度為因子、開裂率為響應(yīng)，做回歸分析有P=0.796＞0.050，故開裂率與低回溫度不存在統(tǒng)計意義上相關(guān)性；以低回時間為因子、開裂率為響應(yīng)，做回歸分析有P=0.134＞0.050，故開裂率與低回溫度不存在統(tǒng)計意義上相關(guān)性；以淬油班組為因子、開裂率為響應(yīng)，做單因子方差分析有P值=0.430＞0.050，結(jié)合區(qū)間圖，可認(rèn)為開裂率與淬火班組間不存在統(tǒng)計意義上相關(guān)性。數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)論：經(jīng)過多變數(shù)分析[5]，確認(rèn)油冷時間的降低可以降低軸類零件淬火后開裂率，故需將油冷時間從1.5 h降低為1 h。

5 結(jié)語

對軸類零件熱處理及熱處理前的生產(chǎn)工序進(jìn)行仔細(xì)梳理，確定與軸淬火后開裂強(qiáng)相關(guān)的23個強(qiáng)相關(guān)過程變量，并運(yùn)用FMEA詳細(xì)分析這23個強(qiáng)相關(guān)過程變量得到9個改善點(diǎn)。其中：改善點(diǎn)1至改善點(diǎn)8不涉及復(fù)雜的多因子變量，直接進(jìn)行了改善；改善點(diǎn)9涉及眾多的因子變量，提取生產(chǎn)數(shù)據(jù)后，借助統(tǒng)計學(xué)分析，確認(rèn)油冷時間的降低可以降低軸類零件淬火后開裂率，故將油冷時間從1.5 h降低為1 h。改善前12 796根軸在淬火后發(fā)現(xiàn)了29根軸存在裂紋，裂紋發(fā)生率為0.227%；完成了9個改善后，監(jiān)測11 450根軸無裂紋。