淺談加法再制造機械產(chǎn)品的檢驗

楊敏

【摘 要】以經(jīng)過電刷鍍技術(shù)修復(fù)的加法再制造連桿為例，分別采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗法和硬度檢測法對加法再制造機械產(chǎn)品的檢驗鑒定方法進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：三種方法都有各自的優(yōu)缺點，可以根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)臋z驗方法；若將其綜合利用，對加法再制造產(chǎn)品的檢驗鑒定效果會更好。

【關(guān)鍵詞】加法再制造；連桿；檢驗鑒定

再制造機械產(chǎn)品加工技術(shù)門類十分廣泛，大體可分為三類：第一類是加法再制造，即在零件表面添加一層材料，覆蓋由于磨損、腐蝕等造成的材料表面缺陷，以獲得所需的材料表面性能，常用到的表面處理技術(shù)有高速電弧噴涂技術(shù)、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)以及微脈沖冷焊技術(shù)等；第二類是減法再制造，即對舊零件幾何尺寸進(jìn)行修正，去除表面的損傷部分，然后換用相應(yīng)尺寸的零件重新配合；第三類是替換法再制造，即把已損件用新品替換。再制造產(chǎn)品進(jìn)入中國市場和中國的再制造技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)入國際市場是必須面對的課題，如何對再制造機械產(chǎn)品進(jìn)行檢驗鑒定顯得至關(guān)重要。加法再制造機械產(chǎn)品的特征是：其配合接觸面不是新的機械加工面，沒有金屬光澤，而工作面是經(jīng)過機械加工的新表面，它的尺寸沒有發(fā)生變化，但工作面的化學(xué)成分發(fā)生了變化，從而會進(jìn)一步引起顯微組織和表面硬度也發(fā)生變化，因而可以采用化學(xué)成分分析、金相檢驗和硬度檢測等方法對加法再制造產(chǎn)品加以鑒別。筆者以經(jīng)過電刷鍍鎳處理的50Cr鋼汽車連桿為例，對加法再制造機械產(chǎn)品的檢驗鑒定方法進(jìn)行了探討。

一、試樣制備與試驗方法

加法再制造所用試樣為某公司生產(chǎn)的卡車用50Cr鋼連桿。在長期的服役過程中，該連桿的大圓端與曲軸相連，由于長時間的摩擦，使得大圓端內(nèi)孔表面發(fā)生磨損。首先對連桿的大圓端內(nèi)孔進(jìn)行預(yù)處理，包括表面修整、表面清潔、電凈處理和活化處理；隨后采用特定的工藝對其進(jìn)行電刷鍍技術(shù)修復(fù)，分別通過化學(xué)成分分析法、金相檢驗法和硬度檢測法對連桿的表面鍍層進(jìn)行分析。在化學(xué)成分分析法中，采用X熒光分析儀和移動式直讀光譜儀分別對表面和基體的化學(xué)成分進(jìn)行檢測；金相檢驗法則是將小塊剖面試樣鑲嵌、磨拋后通過MM6光學(xué)顯微鏡進(jìn)行截面形貌觀察；硬度檢測法是將拋光后的金相試樣用MH-3型顯微硬度計進(jìn)行測試，載荷為0.098 N，以試樣最表面為起點，向基體內(nèi)部逐點測試，至硬度趨于平穩(wěn)。

二、試驗結(jié)果與討論

（一）化學(xué)成分分析法

對經(jīng)過電刷鍍處理的卡車用50Cr鋼連桿大圓端內(nèi)孔表層的鍍層進(jìn)行X熒光分析，結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%，下同）如下： 1. 0Co，87. 52Ni，1. 16Cu，0.08Mo和0.22Pb。磨去表面鍍層后，對連桿基體的化學(xué)成分進(jìn)行直讀光譜檢測，結(jié)果如下：0.48C，0. 34Si， 0. 026S， 0. 017P， 1. 08Cr， 0. 71Mn和0.11Ni。對比可以發(fā)現(xiàn)，連桿大圓端內(nèi)孔表層的主要元素成分為鎳，而連桿基體中的鎳含量非常低，兩者存在很大的差別，這與采用以鎳為主的電鍍液有關(guān)，連桿大圓端內(nèi)孔表層經(jīng)過電刷鍍技術(shù)修復(fù)，其面形成了一層比較耐磨的鎳基合金層，經(jīng)機械加工到原來的尺寸后，換上新的內(nèi)襯，連桿的加法再制造就完成了。因此在了解了機械零件的配合接觸面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合采用化學(xué)成分分析法就可以方便地鑒別出該零件是否經(jīng)過了加法再制造處理。

（二）金相檢驗法

由顯微鏡可以看到，上部灰色部分為連桿基體顯微組織，而下部的白亮金屬層就是電刷鍍鎳層，平均厚度在40Lm左右，最厚處可達(dá)到70Lm，該鍍鎳層與連桿基體的組織和性能完全不同。在基體的表面形成一層新的金屬耐磨層，不但可以修復(fù)舊的零件，而且還可以提高零件的耐磨性。由此可見，在了解了機械零件的配合面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，采用金相檢驗法同樣可以檢測出零件是否經(jīng)過了加法再制造。

（三）硬度檢測法

連桿大圓端內(nèi)孔表面電刷鍍鎳層的硬度高達(dá)1 000 HV左右，明顯高于基體的硬度400 HV，并且表層與基體之間有比較好的過渡。由此可見，在了解了機械零件的配合面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，硬度檢測法也可以作為鑒別加法再制造產(chǎn)品的一種參考方法。

（四）三種方法的結(jié)合使用

鑒于上述三種方法都有各自的優(yōu)缺點，如能將其結(jié)合使用，便可以更加準(zhǔn)確地對產(chǎn)品是否經(jīng)過了加法再制造進(jìn)行評判。例如上述金相檢驗法的測試結(jié)果顯示鍍層最厚處可達(dá)到70Lm，與硬度檢測法的檢測結(jié)果相吻合，因此將兩者結(jié)合可以更加肯定該產(chǎn)品經(jīng)過了鍍鎳處理。而在有些情況下，表面涂鍍層非常薄，有時只有幾微米，采用金相檢驗法盡管可以看到表層與基體有差別，但無法肯定是否涂有鍍層，此時可結(jié)合化學(xué)成分分析法，分別對表層和基體的化學(xué)成分進(jìn)行檢測。

（五）討論

加法再制造的工件多為鋼鐵件，通常在其表面增加一些與基體不同的材料，如鎳、鉻等，來改善產(chǎn)品性能，由于新材料與母材存在一些差異，因此可以采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗法和硬度檢測法來判斷產(chǎn)品是否經(jīng)過了加法再制造。化學(xué)成分分析法是采用X熒光分析儀或便攜式直讀光譜儀對工件表面和基體材料分別進(jìn)行化學(xué)成分分析。由于加法再制造后有新的材料附加在原有的基體上，其表面與基體的成分必然存在很大區(qū)別因此可以從成分的不同來進(jìn)行檢驗。該方法采用的設(shè)備為便攜式的，方便用于現(xiàn)場檢驗，零件的破壞性也相對較小，且可以判斷再制造表層的成分，見是一種較為理想的檢驗方法。

金相檢驗法是利用加法再制造產(chǎn)品的表層和基體材料不一致的原理，對于同一材料，于采用了一定的熱處理或表面處理工藝，微觀結(jié)構(gòu)也會存在著明顯差異，如晶粒的大小，影響區(qū)及顯微組織的變化等，過這些差異可以鑒別出零件是否經(jīng)過了加法再制造。該檢測結(jié)果更加直觀，且可以測出再制造表層的厚度，是制樣比較麻煩，且所用試樣必須從原零件上切割下來，于破壞性檢測。由于加法再制造可以增加零件的耐磨性，因此再制造表層的硬度相對基體硬度更高。但是考慮到導(dǎo)致零件表面硬度提高的外來因素較多，此硬度檢測法僅僅可以作為一種參考的方法。

三、結(jié)論

對于加法再制造機械產(chǎn)品，以采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗法和硬度檢測法等方法加以鑒別；種方法都有各自的優(yōu)缺點，以根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法；若將其綜合利用，對加法再制造機械產(chǎn)品的鑒別效果會更好。

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