軸類零件淬火后開裂分析

何海軍

（江蘇廣義牽引技術研究所有限公司，常州 213300）

大批量軸生產過程中，發現淬火后開裂現象時有發生。統計數據顯示，12 796根軸在淬火后發現了29根軸存在裂紋，裂紋發生率為0.227%，造成了較大損失，因此有必要進一步對其進行分析改善[1]。

1 工序過程關鍵變量分析

1.1 煉鋼工序過程中與裂紋有關的影響因子的強弱相關分析

真空精煉過程中，與裂紋強相關的過程變量有白渣時間、耐火材料質量以及耐火材料更換頻次。弱相關過程變量是廢鋼化學成分。真空脫氣過程中，強相關的過程變量有真空度和極限真空時間。弱相關過程變量包括出鋼溫度和人員技能。澆注過程中，強相關的過程變量有鎮靜時間、鑄模清潔度、平板清潔度、澆注注流對中度以及澆注溫度。弱相關過程變量是烘烤溫度和人員技能。

1.2 鍛造工序過程中與裂紋有關的影響因子的強弱相關分析

切頭鋸切過程中，強相關的過程變量有鋸切率，弱相關過程變量是人員技能。鍛造過程中，強相關的過程變量有鍛造墩粗拔長次數，弱相關過程變量是鍛造加熱溫度、鍛造比和人員技能。鍛后熱處理過程中，強相關的過程變量有鍛后正火溫度和正火后冷卻方式，弱相關過程變量是人員技能。

1.3 熱處理工序中與裂紋有關的影響因子的強弱相關分析

淬火過程中，強相關的過程變量有淬火間隔時間、淬火油品、淬火油溫、淬火設備、油冷時間、裝爐位置和人員技能，弱相關的變量是環境溫度。低溫回火過程中，強相關的過程變量有低溫回火溫度和低溫回火時間，弱相關的過程變量是人員技能。

2 強相關過程變量的FMEA

識別的23個強相關過程變量，邀請廠內外鍛造、冶煉、熱處理方面專家用FMEA進行詳細分析，期望找出更好的發現措施、預防措施以及后續的改善方向。具體分析見表1。

表1 強相關過程變量的FMEA

續表1

續表1

3 根據FMEA的結果執行改善行動

改善點1至改善點8，工藝控制點比較簡單，直接可以采取改善措施。改善點9涉及到諸多的工藝參數及工藝參數的組合[2]需要進一步分析。

3.1 改善點1至改善點8的改善措施

改善1：選擇好的耐火材料，嚴格進貨檢驗。

改善2：對耐材更換頻次進行文件化規定。

改善3：現場檢查更換鋼包水口磚和滑板操作，防止上下水口連接處的火泥遺留在通道中被沖刷到鋼水中，同時清除雜物，避免殘留燒結的氧化鐵。

改善4：清理鑄模，磚砌完后清理后檢查。鋼錠模砌筑過程存在外來夾雜物混入鋼水風險的預防措施即在使用前檢查和清理內孔，預先防止雜物進入流鋼通道。

改善5：嚴格清理耐火浮籽，不遺留水玻璃砂在湯道中。

改善6：對澆注時的注流對中，確認喇叭口耐材沒有被沖刷破損[3]。

改善7：文件化規范非金屬夾雜物取樣位置。

改善8：規范墩粗拔長次數，規范化材料墩粗拔長次數（鍛造單次拔長比過高導致材料橫向性能不足）保證追溯性。

4 熱處理過程多因子分析

選取開裂爐次15爐，對照用未開裂爐次21爐，樣本數據如表2所示。

表2 樣本數據

續表2

4.2 數據統計學分析

以油冷時間為因子、開裂率為響應，做回歸分析有P=0.007＜0.050，即開裂率與油冷時間相關性顯著。以淬回火間隔為因子、開裂率為響應，做回歸分析有P=0.110＞0.050，即開裂率與淬回火間隔不存在統計意義上的相關性。將淬火出油至入低回爐間隔時間定義為“操作淬回火間隔”，以操作淬回火間隔為因子、開裂率為響應，做回歸分析有P=0.673＞0.050，即間隔時間對開裂與否不存在統計意義上相關性。開裂率與油品參數各數據回歸分析中，各P值均大于0.050，即開裂率與油品參數各數據不存在統計意義上的相關性[4]。開裂率與淬火油溫回各參數做回歸分析，有各油溫參數P值均大于0.050，即不存在相關性。

對開裂率執行淬火設備和回火設備單因子進行方差分析。對淬火設備，有P=0.414＞0.050，說明開裂率與淬火設備間不存在統計意義上的相關性。對回火設備，有P=0.256＞0.050，說明開裂率與回火設備間不存在統計意義上相關性。開裂零件裝爐位置及相應位置總產量統計如表3所示，并對裝爐位置按開裂數作相關性卡方檢驗。

表3 開裂零件裝爐位置及相應位置總產量統計

結果顯示，P=0.725＞0.050，即認為裝爐位置與零件開裂數無關。

以低回溫度為因子、開裂率為響應，做回歸分析有P=0.796＞0.050，故開裂率與低回溫度不存在統計意義上相關性；以低回時間為因子、開裂率為響應，做回歸分析有P=0.134＞0.050，故開裂率與低回溫度不存在統計意義上相關性；以淬油班組為因子、開裂率為響應，做單因子方差分析有P值=0.430＞0.050，結合區間圖，可認為開裂率與淬火班組間不存在統計意義上相關性。數據統計學分析結論：經過多變數分析[5]，確認油冷時間的降低可以降低軸類零件淬火后開裂率，故需將油冷時間從1.5 h降低為1 h。

5 結語

對軸類零件熱處理及熱處理前的生產工序進行仔細梳理，確定與軸淬火后開裂強相關的23個強相關過程變量，并運用FMEA詳細分析這23個強相關過程變量得到9個改善點。其中：改善點1至改善點8不涉及復雜的多因子變量，直接進行了改善；改善點9涉及眾多的因子變量，提取生產數據后，借助統計學分析，確認油冷時間的降低可以降低軸類零件淬火后開裂率，故將油冷時間從1.5 h降低為1 h。改善前12 796根軸在淬火后發現了29根軸存在裂紋，裂紋發生率為0.227%；完成了9個改善后，監測11 450根軸無裂紋。