加工過(guò)程中硬鉻鍍層崩落原因分析及改進(jìn)措施

黃文華，楊勵(lì)謙，黃建光

(湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng) 421005)

加工過(guò)程中硬鉻鍍層崩落原因分析及改進(jìn)措施

黃文華，楊勵(lì)謙，黃建光

(湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng) 421005)

氣門(mén)工件在鍍硬鉻后須經(jīng)車(chē)床加工，工件桿部部位有很大比例的鉻層在加工后發(fā)生崩落，影響了產(chǎn)品外觀和質(zhì)量。通過(guò)試驗(yàn)和分析發(fā)現(xiàn)，鉻層與基體的結(jié)合力大小、鉻層硬度及鍍鉻后工序安排合理與否等都是可能造成加工過(guò)程中鍍層崩落的原因，針對(duì)分析出的原因，綜合考慮各種影響因素后，提出了相應(yīng)解決的辦法。

氣門(mén);鍍硬鉻;鉻層崩落

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，某廠生產(chǎn)的某種氣門(mén)工件在鍍硬鉻后車(chē)制頸部時(shí)，在桿部加工處常會(huì)出現(xiàn)大約為10%的鉻層崩落故障，大大影響了產(chǎn)品外觀和質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的合格率。氣門(mén)工件車(chē)床加工和鍍鉻崩落的部位如圖1所示。

圖1 氣門(mén)工件加工示意圖

某廠鍍硬鉻的工藝為:220g/L CrO3、2.25g/L H2SO4、少許添加劑，θ=58℃，Jκ=70A/dm2。

1 試驗(yàn)與原因分析

1)基體材料成分的影響

結(jié)合力不良的鉻鍍層，大多與前處理、槽液成分、操作條件控制、零件裝掛位置及工序之間的協(xié)調(diào)等影響因素有關(guān)。一般在低碳鋼的基體材料上鍍硬鉻時(shí)，鍍層結(jié)合強(qiáng)度約為80MPa［1］。由于合金鋼與含有鉻、錳、鎳、鎢、鉬、釩、鋁等合金元素，合金鋼的鍍鉻層之間的結(jié)合力就較普通碳素鋼差。因?yàn)檫@類(lèi)合金鋼零件表面易生成一層鈍化膜，從而影響了鍍鉻層與基體之間的結(jié)合力，易造成鍍鉻層發(fā)生剝離脫落現(xiàn)象。

將氣門(mén)鍍鉻部位反復(fù)彎曲180°，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鍍鉻層出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，說(shuō)明鍍層結(jié)合強(qiáng)度不高。后來(lái)將Jκ降低至60A/dm2，進(jìn)行同樣彎曲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍍鉻層只有輕微的起皮、脫落，再進(jìn)行車(chē)床加工，鉻層崩落比例有所減小，但在批量生產(chǎn)時(shí)還是有一定數(shù)量的鍍鉻層崩落現(xiàn)象出現(xiàn)。

2)硬度的影響

鍍鉻層比由高溫冶金法得到的大多數(shù)金屬硬度高得多。最硬的鉻層可達(dá)到剛玉的硬度，比其它的電鍍層硬度都要高。硬度高的鍍層常伴隨著脆性高的風(fēng)險(xiǎn)，而車(chē)床刀片的硬度也很高，一般能達(dá)到58～64HRC左右，如果鍍鉻金屬硬度過(guò)高，脆性過(guò)大，在車(chē)床刀片的高速?zèng)_擊下，很容易造成鍍鉻層崩落。

在測(cè)定鍍鉻層的硬度時(shí)，不宜選用常用的布氏或洛氏硬度計(jì)，這兩種硬度計(jì)壓荷大，壓痕深且大，基體金屬的影響較大，結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因此應(yīng)選用維氏顯微硬度計(jì)來(lái)測(cè)定。

經(jīng)測(cè)量，某廠鍍鉻層硬度值范圍為950～1 000 HV左右，而產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)鉻層δ≥0.01mm時(shí)，鉻層表面硬度應(yīng)大于800HV，可以看出，某廠產(chǎn)品鍍鉻層硬度高出產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)下限150～200HV之多，于是調(diào)整鍍液添加劑含量和鍍鉻工藝參數(shù)，控制鍍鉻層硬度值范圍為830～870HV。再試驗(yàn)100件工件，結(jié)果顯示鍍鉻層崩落的比例降低了4%左右，但仍然有6%左右的鉻層崩落故障出現(xiàn)，這說(shuō)明鍍鉻層崩落并不完全是鍍層硬度過(guò)高造成的。

3)鍍鉻后工序的影響

某廠氣門(mén)工件鍍鉻后加工工序?yàn)?鍍鉻→精車(chē)頸部→第1道半精磨桿部→第2道半精磨桿部→精磨桿部。氣門(mén)工件鍍鉻后鉻層單邊厚度約為0.02～0.03 mm。經(jīng)過(guò)研究分析，懷疑鍍鉻后不能直接精車(chē)頸部，于是在降低鍍層硬度和提高鍍層結(jié)合強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，更改了現(xiàn)有工序流程，采用了下述兩種方案各試驗(yàn)了50件工件:

a.鍍鉻→第1道半精磨桿部→精車(chē)頸部→第2道半精磨桿部→精磨桿部，試驗(yàn)后經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，共有5件氣門(mén)工件有輕微崩鉻現(xiàn)象，但幾乎可忽略。

b.鍍鉻→第1道半精磨桿部→第2道半精磨桿部→精車(chē)頸部→精磨桿部，試驗(yàn)后經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有出現(xiàn)崩鉻現(xiàn)象。

2 解決方法

根據(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果，把鍍鉻Jκ更改為60 A/dm2，添加劑的用量降到以前的70%，鍍鉻層結(jié)合強(qiáng)度得到了提升，鍍層硬度降低到830～870HV，再把鍍鉻后工序更改為方案b的工序。經(jīng)過(guò)批量生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)鍍鉻層崩落故障得到了很好的解決。

3 結(jié)束語(yǔ)

鍍鉻層的崩落是由鍍鉻層的結(jié)合強(qiáng)度偏低、硬度過(guò)高和鍍后工序安排不當(dāng)?shù)榷喾矫嬖蛟斐傻模纠收险f(shuō)明，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要想找出鍍鉻層崩落或其它故障的產(chǎn)生原因并加以解決，不只需要從鍍鉻工藝本身著手，更需要考慮與鍍鉻相關(guān)的鍍前、鍍后等工序造成的影響。

［1］胡如南，陳松祺.實(shí)用鍍鉻技術(shù)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005:7.

Causes Analysis and Improvement Measures for Hard Chromium Coating Breaking Down during the Machining Process

HUANG Wen-hua，YANG Li-qian，HUANG Jian-guang

TG174

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