零件干式加工后表面腐蝕的發(fā)生機理及應對措施

李正 李天琦

【摘 要】在熱后車干式加工的零件，不同程度地出現(xiàn)表面發(fā)黃，以某齒輪產品為例，曾由于質量把關嚴格而被迫暫時停止生產。經(jīng)過理化分析和現(xiàn)場實驗研究，最終找到問題原因。后通過采取針對性措施，持續(xù)觀察，證實該種現(xiàn)象完全消失，生產得以繼續(xù)進行。

【關鍵詞】干式加工；發(fā)黃

一、問題發(fā)生

零件發(fā)黃這種現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場反饋為長期出現(xiàn)，原因至今沒有找到，主要發(fā)生在熱后干式車削工序的零件中。了解到情況后，我們在現(xiàn)場密切觀察，發(fā)現(xiàn)車削加工完成后二十分鐘內，表面狀態(tài)正常，符合檢驗通過標準，但仔細觀察能看到表面并不十分干凈，有霧狀物覆蓋。繼續(xù)放置一段時間（一般20分鐘）后，即會變黃。

該種黃色霧狀物形成后，狀態(tài)穩(wěn)定，長期保持原樣，在七天的測試時間內，沒有發(fā)生進一步變化。后續(xù)通過理化分析，我們將此狀況判斷為金屬腐蝕。

二、銹蝕分析

針對這個問題，我們首先對這種表面狀況進行理化分析。

1.微觀形貌。為了判斷發(fā)黃部位組織是否被破壞，我們使用QUANTA 450掃描電鏡，對發(fā)黃區(qū)域和正常區(qū)域進行微觀形貌的觀察，可以觀察到，發(fā)黃部位的組織結構正常，與其他區(qū)域微觀形貌保持一致，無差異。因此可以得出，該種變化的化學反應比較簡單，沒有發(fā)生深度腐蝕和破壞。

2.能譜分析。使用QUANTA 450掃描電鏡進行能譜分析，來判斷發(fā)黃部位的元素變化情況，發(fā)黃區(qū)域的氧元素明顯增多，因此判斷該種發(fā)黃過程，發(fā)生了氧化反應，同時可以看出，其他元素種類、原子數(shù)量均相比變化不大，可以證明此過程沒有發(fā)生其他元素的損耗和雜質引入，因此可判斷屬于金屬腐蝕。結合之前微觀形貌觀察結果，可初步判斷屬于化學腐蝕而排除電化學腐蝕。

3.光譜分析。為了檢查樣品材質是否存在異常，我們使用PDA-8000直讀光譜儀樣品材質進行檢測分析，結果（重量百分比）如下（表一）：我們將檢驗結果與8620RHK材質的技術要求對比，可以得出：樣品在材質上與正常鋼材沒有區(qū)別，即可以排除材料缺陷而導致這種發(fā)黃現(xiàn)象這一可能原因。

三、現(xiàn)場實驗

為了研究產生這種黃色腐蝕的原因，我們針對可能的影響因素，在現(xiàn)場進行了跟蹤和實驗。

1.干式車削完成后的存放環(huán)境因素

通過分析，我們判斷存放環(huán)境可能的影響因素有：1.氣溫；2.空氣濕度；3.車間空氣雜質。針對這些因素，我們將20個零件加工完成后立即分別放置于不同存儲條件下各四件。經(jīng)過1小時后觀察，所有零件全部產生黃色銹蝕。

從實驗結果可以看，黃色銹蝕的產生與存放環(huán)境無關。而通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)在加工過程結束后，零件表面已經(jīng)發(fā)生異常，表現(xiàn)為清潔度較差，有白色霧狀物。而這種異常隨時間轉變?yōu)楸砻姘l(fā)黃的情況。同時結合之前的理化分析，由于零件材質是正常的，因此我們判斷銹蝕是在加工過程中產生的。

2.干式車削過程的影響因素

由于理化分析結果我們認定此銹蝕為化學腐蝕，而此過程中能參與反應的氣體主要為氧氣，因此我們初步判斷此過程為高溫氧化反應。

為了研究車削溫度的影響，我們在現(xiàn)場進行了如下實驗：

⑴.按原參數(shù)加工50件零件。

⑵.將干式加工過程的進給速度和切削速度均降低為原來的一半

⑶.將干式切削變?yōu)闈袷角邢鳎丛黾永鋮s液加工。

以上三類樣品均加工同樣的50件零件，加工完成后放置24小時后觀察。以下為實驗結果。

四、發(fā)黃銹蝕原因分析

通過理化分析和現(xiàn)場實驗，我們確定了干車過程的高溫是發(fā)黃的根本原因。由于此過程溫度非常高，迅速發(fā)生了如下反應：

o2+Fe → Fe2o3

該過程形成氧化鐵薄膜后覆蓋在零件表面，即表現(xiàn)為發(fā)黃銹蝕。從式中可以看出，此過程與空氣潮濕、溫度等沒有必要關系，僅是由于加工過程劇烈摩擦，導致刀片與零件接觸的地方溫度劇烈升高而發(fā)生氧化反應。

五、問題解決

在成本方面，我們通過研究得出，切削液目前通過回收、除油、除渣、除菌等操作進行重復利用以達到零排放的目標，因而切削液消耗量非常有限，而干式加工的潤滑性、冷卻性、清洗性不足可能會導致刀片磨損加快，同時防銹性不足導致零件容易生銹，因此，我們判斷如果采用濕式加工，成本增加非常少甚至不新增加成本。同時也解決了生產線停止的問題，使產品繼續(xù)得以生產，產品表面質量得到了保證。

現(xiàn)場試驗的反復驗證之后，我們結合車間的實際情況，同時將此情況與相關部門人員反復溝通，最終將1707056系列零件更改為濕式加工。后經(jīng)過長時間驗證，該零件沒有發(fā)生過類似的情況。此種銹蝕情況得到根本的解決。我公司目前還存在其他熱后干車的零件，我們計劃將我們的研究結果與相關部門溝通，共同確定固化的處理方案。

六、問題展望

值得注意的是，通過現(xiàn)場實驗和資料查詢，我們發(fā)現(xiàn)切削速度與切削溫度并不是完全正比的關系，每種工藝參數(shù)有一個對應的切削溫度最高的切削速度范圍，因此提高或降切削速度都可能會達到降低切削溫度的效果。后續(xù)有條件下的情況下，我們應對干式加工進行更加細致地研究，如通過采用風冷、使用濕式加工、降低進給速度、調整切削速度等措施，設置最合適的工藝條件，確保加工品質，保證此類情況徹底不再發(fā)生。