45鋼氣彈簧活塞桿表面缺陷分析①

戴林榮， 徐旋旋， 朱文凱

(中天鋼鐵集團有限公司，江蘇 常州　213011)

引　言

氣彈簧以充入高壓惰性氣體作為蓄能介質，勿需外加能源作動力，而是依靠本身功來完成舉升、閉合等一系列動作，是一種理想的、壽命很長的舉升閉合的支撐機構，廣泛應用于交通車輛、機械設備、醫療設備、紡織器材、船舶等行業。近期有一批氣彈簧活塞桿在成品檢驗時發現其桿部表面有細小凹坑及細小裂紋存在,需分析其產生的原因。

1　加工工藝

氣彈簧活塞桿采用Φ12 mm的45鋼熱軋盤條制造，加工工藝為：原材料盤條→冷拔至Φ10 mm→校直→下料→車削加工頭部→桿部表面磨削至Φ9.9 mm→QPQ鹽浴氮化→拋光→成品抽檢→鹽霧試驗→裝配。QPQ鹽浴氮化是一種金屬表面強化改性技術[1]，可以大幅度提高活塞桿表面的耐磨性、抗蝕性，而工件幾乎不發生變形。

2　理化檢驗

2.1　宏觀檢驗

氣彈簧及其活塞桿外觀形貌如圖1所示?；钊麠U表面缺陷呈細小凹坑，凹坑尺寸約0.5～2 mm；或呈細小裂紋，部分裂紋類似指甲狀，如圖2所示。細小凹坑缺陷僅幾個，指甲狀細小裂紋缺陷較多。

圖1　氣彈簧及其活塞桿外觀形貌

圖2　活塞桿表面細小缺陷(箭頭指處)

2.2　化學成分分析

在活塞桿上取樣，使用德國超譜公司QSN750型直讀光譜儀進行化學成分分析，結果如表1所示，可知活塞桿化學成分符合GB/T 699-2015《優質碳素結構鋼》標準對45鋼的成分要求。

2.3　金相檢驗

在活塞桿表面凹坑處取橫向樣進行檢驗，凹坑缺陷截面形貌呈半圓形狀，深約0.2 mm，活塞桿表面及凹坑邊緣均發現有QPQ鹽浴氮化的氮化合物層，凹坑底部發現有嚴重變形組織；活塞桿基體組織為珠光體+鐵素體，如圖3，4所示。

在活塞桿表面細小裂紋處取橫向樣進行檢驗，其截面形貌呈細小連根狀厚翹皮或斜插裂紋狀，裂紋深約0.15～0.30 mm，裂紋縫隙兩側均存在QPQ鹽浴氮化層，裂紋縫隙上側區域金屬存在明顯變形組織，而裂紋縫隙下側區域變形不明顯，如圖5～8所示。

表1　活塞桿的化學成分/%

圖3　活塞桿表面凹坑缺陷截面形貌

圖4　凹坑底部邊緣發現有氮化層存在

圖5　裂紋截面形貌之一

圖6　裂紋縫隙兩側存在氮化層組織

圖7　裂紋截面形貌之二

圖8　裂紋縫隙兩側存在氮化層組織

3　分析與討論

(1)活塞桿化學成分符合GB/T699-2015《優質碳素結構鋼》標準對45鋼的成分要求?；钊麠U基體組織為珠光體+鐵素體，其表面有QPQ鹽浴氮化層。

(2) 活塞桿表面缺陷有兩種：一種呈細小凹坑，形狀為圓形或橢圓形，凹坑尺寸約0.5～2 mm；另一種呈細小裂紋，部分裂紋類似指甲狀。

(3) 活塞桿表面細小凹坑狀缺陷，深約0.2 mm，整個凹坑邊緣發現有QPQ鹽浴氮化層，說明這些凹坑缺陷是在QPQ鹽浴處理之前已存在。根據活塞桿制造工藝分析，從原材料投料至QPQ鹽浴氮化工序之間，對表面質量有影響的工序有拉拔和表面磨削，而拉拔與表面磨削是不可能產生凹坑的，因此可認為凹坑缺陷來源于原材料表面缺陷。從凹坑四周組織形態可知，凹坑邊緣附近存在嚴重變形組織，與基體組織相差較大；而QPQ鹽浴處理的溫度在550 ℃左右[2]，不會使組織形貌產生較大變化，因此該組織形態在QPQ鹽浴處理之前已形成。該凹坑四周組織形態與異物撞擊形成的凹坑四周組織形態類似，據此分析凹坑則可能是受到異物撞擊形成的，所以在該批活塞桿中僅發現幾個。

(4) 活塞桿表面指甲狀細小裂紋截面形貌呈細小連根狀厚翹皮或斜插裂紋狀，裂紋深約0.15～0.30 mm，裂紋縫隙兩側均存在QPQ鹽浴氮化層，裂紋縫隙上側區域金屬存在明顯變形組織，而裂紋縫隙下側區域變形不明顯，說明裂紋在QPQ鹽浴氮化之前已存在；而裂紋縫隙上側區域金屬存在明顯變形組織的特征，則表明原材料盤條表面存在細小翹皮狀有根結疤缺陷，在盤條拉拔時使結疤處裂紋上側區域變形嚴重。由此推斷活塞桿表面指甲狀細小裂紋來源于原材料表面翹皮狀有根結疤缺陷。

(5)原材料盤條表面翹皮狀有根結疤的產生主要與連鑄坯角部的橫裂紋或其表面的皮下氣泡、渣坑等缺陷有關；也與軋制過程中存在軋輥掉肉、導衛結瘤等有關[3-5]。穩定連鑄坯拉速，降低鋼水過熱度，提高鋼水質量及連鑄操作水平，從而減少連鑄方坯角裂及結疤缺陷，全面提高連鑄坯的表面和內在質量，是解決線材表面結疤缺陷的關鍵所在。

4　結束語

(1)氣彈簧活塞桿表面細小凹坑與原材料盤條表面受到異物撞擊有關。

(2)氣彈簧活塞桿表面指甲狀細小裂紋缺陷來源于原材料盤條表面翹皮狀有根結疤缺陷。

參考文獻：

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[2]王嘯，吳從躍，孫夢龍，等.QPQ處理氮碳共滲溫度對45鋼組織與性能的影響[J].金屬熱處理，2014，32(8):92—95.

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[5]汪先虎，姜洪剛，蔣艷菊. 熱軋盤條表面結疤原因及對策[J].鞍鋼技術，2015， (3):47—52.