產(chǎn)品零件的裂紋分析與創(chuàng)新熱處理工藝研究

湯少凌， 湯立群

（肇慶市技師學院，廣東 肇慶 526020）

0 引言

某廠使用原材料爐號為5B451生產(chǎn)的某產(chǎn)品零件，實際投料為354件，在冷加工過程中和經(jīng)過原來的熱處理工藝處理后，總共查出有裂紋的零件52件，廢品率14.7%。

為了分析裂紋的產(chǎn)生原因并探索有效的熱處理工藝，我們做了大量的分析試驗研究工作。試驗研究證實，零件裂紋產(chǎn)生的原因是冷加工（冷縮、擴孔）應(yīng)力超過了原材料的塑性極限值。

為了避免產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，我們試驗對冷軋或熱軋狀態(tài)供應(yīng)的原材料，在冷縮、擴孔工序之前，將低溫去應(yīng)力熱處理工藝創(chuàng)新為完全退火熱處理工藝。通過大批量的生產(chǎn)實踐，證實采用創(chuàng)新熱處理工藝后，杜絕了該零件在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)裂紋而造成廢品的現(xiàn)象，從而為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

1 原始數(shù)據(jù)

1）原材料狀態(tài)，見表1。

表1 原材料狀態(tài)

2）原材料牌號：略。

3）零件的原生產(chǎn)工藝流程：下料→機械加工→磷化→低溫去應(yīng)力→冷縮、擴孔→去應(yīng)力→正火→調(diào)質(zhì)→機械加工→鍍鉻→性能試驗→裝配（零件示意圖見圖1）。

4）零件產(chǎn)生裂紋部位的金相組織，見圖2。

5）零件的幾種典型裂紋（零件經(jīng)最終熱處理）。

a.零件號11177機加工后，在喇叭口與φA（見圖1）過渡的地方出現(xiàn)一條長34 mm的裂紋，貫通壁厚（1＃，試樣保存號）。

b.零件號11 275機加工后，在 φB（見圖1）的外表面出現(xiàn)一條長40 mm的裂紋 （2＃，試樣保存號）。

圖1 零件示意圖

圖2 裂紋部位金相組織

c.零件號11 148鍍鉻后，經(jīng)性能試驗，用光學檢查，在喇叭口與φA（見圖1）過渡的地方出現(xiàn)了3條內(nèi)膛裂紋，長度分別為3 mm、2.5 mm、2 mm的斷續(xù)細小裂紋（3＃，試樣保存號）。

d.零件號11074鍍鉻后，經(jīng)性能試驗，發(fā)現(xiàn)內(nèi)膛弊病。后退鉻，經(jīng)光學檢查，在φA（見圖1）內(nèi)膛出現(xiàn)長度150 mm的斷續(xù)細小裂紋（4＃，試樣保存號）。

2 裂紋試驗、分析

1）該批次零件裂紋都是產(chǎn)生在冷縮、擴口工序之后，調(diào)質(zhì)工序之前。

2）爐號5B451原材料為熱軋狀態(tài)供貨。冷縮、擴口前的低溫去應(yīng)力熱處理工藝，由于溫度低，未起到軟化作用。

3）分析裂紋產(chǎn)生原因：冷縮、擴口應(yīng)力；管材存在允許的表面缺陷。詳見表2。

3 熱處理工藝試驗、金相分析及力學性能測試

3.1 創(chuàng)新熱處理工藝試驗

為了杜絕零件裂紋的產(chǎn)生，零件新的生產(chǎn)工藝流程如下：下料→機械加工→磷化→完全退火→冷縮、擴口→正火→調(diào)質(zhì)→機械加工→鍍鉻→性能試驗→裝配（即在冷縮、擴口工序前增加了一道完全退火的熱處理工藝）。

表2 裂紋試驗、分析表

3.2 金相分析及力學性能測試

對新、舊工藝流程生產(chǎn)的零件在冷縮、擴口工序前進行金相分析，見圖3及表3。

從金相照片對比可以看出，通過采用創(chuàng)新的熱處理工藝后，零件金相組織中的網(wǎng)狀滲碳體（碳化物）完全消失了，即其金相組織為F+P。這對冷縮、擴口工序來說，是一個非常優(yōu)秀的金相組織。

另外，從力學性能測試對比，也可以明顯看出增加一道完全退火熱處理工藝的作用。該創(chuàng)新熱處理工藝應(yīng)用于批量生產(chǎn)，零件冷縮、擴口后再沒有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。

圖3 金相照片（4%硝酸酒精溶液腐蝕）×100

表3 金相分析及力學性能對比表

4 結(jié)論

為了消除出現(xiàn)裂紋的傾向，對冷軋或熱軋狀態(tài)供應(yīng)的原材料，在冷縮、擴口工序前應(yīng)進行一次完全退火熱處理工藝，這是防止零件在冷加工過程產(chǎn)生裂紋的有效措施。通過創(chuàng)新熱處理工藝措施，為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

［1］ 葉宏：金屬材料與熱處理［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2009.

［2］ 薄鑫濤，郭海洋，袁鳳松.實用熱處理手冊［M］.上海：上海科學技術(shù)出版社，2009.