20CrMnTi鋼銷套熱處理不良的失效分析及對策

劉美娜，黃桂華，朱來鎖，楊繼剛

山推工程機械股份有限公司履帶底盤分公司 山東濟寧 272073

1 序言

20CrMnTi作為我公司常用的一種滲碳鋼，主要用于推土機上有耐磨要求的零件，如齒輪、履帶銷套等，其中履帶銷套是履帶推土機行走機構的易損件，不僅要求銷套具有高的耐磨性能，還要有良好的沖擊韌度。在實際生產過程中，20CrMnTi鋼履帶銷套的熱處理工藝較為復雜，先采用滲碳爐進行表面氣體滲碳，使內外表面的碳濃度達到0.7%～0.9%，便于提高淬火的表面硬度。滲碳的銷套緩冷之后采用通過式連續感應熱處理工藝進行銷套感應淬火、回火，使內外表面硬度達到58～63HRC、內外硬化層深2.2～3.5mm、心部硬度30～45HRC[1]要求 ，這樣就保證了“外硬而心韌”的使用需求，提高銷套的使用壽命。

我公司采用通過式連續感應熱處理工藝，由于銷套首尾相連進行通過式連續淬火和回火，因此淬火效率比單個零件進行感應加熱效率高至少3倍。相比單件的感應熱處理工藝，這種通過式的連續感應熱處理工藝對質量控制的要求更高，對人員技能、設備的可靠性等要求也高。近期裝配時發現一種熱處理后的20CrMnTi鋼銷套壓裝時無法壓入，在排除了壓裝設備的問題后，根據硬度檢測初步判定是由于20CrMnTi鋼銷套的熱處理硬度不良造成的，拆解后造成了鏈軌合件的報廢，直接產生了經濟損失，并且影響了生產的連續性，因此需要立刻隔離問題件，并調查原因及制定對策，防止再次發生該類問題。

2 20CrMnTi鋼銷套硬度不良的現狀調查

對拆解后的20CrMnTi鋼銷套進行銷套硬度檢測，要求值為58～63HRC，實測值為26.5～40HRC，20CrMnTi鋼銷套硬度不良件拆解后外觀如圖1所示。采用便攜硬度計對隔離的1000件20CrMnTi鋼銷套進行硬度檢測，發現不良品2件，判定為非批量質量問題，需要對異常件進行剖切檢測。

圖1 20CrMnTi銷套硬度不良拆解后外觀

3 20CrMnTi鋼銷套表面硬度不良的原因分析

表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套化學成分分析結果見表1，剖切及檢測位置如圖2所示，金相組織及硬度檢測結果見表2。

表2 20CrMnTi鋼銷套金相組織和硬度檢測結果

圖2 20CrMnTi鋼銷套剖切位置示意

表1 表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的化學成分（質量分數） （%）

圖3 表面硬度低的銷套B—B剖面金相組織

圖4 表面硬度低的銷套A—A剖面金相組織

圖5 未感應熱處理的滲碳銷套金相組織

為了判定表面硬度低的20CrMnTi鋼銷套的狀態，對不良件按圖2所示的A—A和B—B位置進行環狀剖切后對其截面硬度及組織與未熱處理的滲碳套進行對比。由對比結果可知，表面硬度低的20CrMnTi鋼銷套外層金相組織晶粒度比未熱處理的滲碳套細，內層保持滲碳狀組織，根據金相組織判定該異常銷套的A—A剖面加熱不充分且快速冷卻，導致外層組織細化（相當于正火），內層保持滲碳后原始組織，表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的硬度與滲碳后未進行熱處理件的硬度相當。而異常套的B—B剖面內外表面硬度滿足58～63HRC要求，內外硬化層深滿足2.2～3.5mm要求，心部硬度滿足30～45HRC的要求，無網狀碳化物，為合格件，因此判定此表面硬度低的異常套的B—B部分進行了淬火及回火，而A—A部分僅進行了加熱但加熱的功率不夠或未冷卻而造成的局部硬度不良。

根據剖切結果推斷的原因分析，進行現場調查，由生產日志調出本批次的自檢記錄及作業日報，發現生產過程中存在設備不穩定的情況，設備淬火功率存在異常，中間進行了設備的維修，設備功率不夠時操作人員沒有及時發現，而銷套始終在首尾連接地連續運轉，過程中加熱不良件落入筐中，操作者也未發現。在作業現場驗證是否由于功率較低導致的表面硬度不足，在連續工作時，人為將設備的功率調低后進行淬火，硬度檢測發現同一個銷套一半硬度合格，另一半硬度不合格，與故障件相同。因而判定設備故障導致的加熱功率不足和人員沒有及時發現，是不良件產生和流出的主要原因。

4 改善20CrMnTi鋼銷套表面硬度不良的對策

為了避免設備故障（功率降低）導致的熱處理硬度不良的發生，車間和工藝部門從源頭進行改善，制定如下對策。

1）對設備安裝功率監控程序，當功率低于工藝要求的10%時立刻進行聲光報警，提示操作者查看設備問題，使設備問題能夠得到及時發現并維修解決。

2）對操作者進行銷套的熱處理顏色的區分培訓，使其掌握滲碳件、已經淬回火合格件、功率異常件的表面顏色的異同，進而在觀察工件擺放到料框里的過程中能夠發現異常，避免不良件流出。

3）注意天氣變化對設備元器件的影響，尤其極寒和炎熱的天氣更應注意對設備的保養，設備檢驗項目增加對環境溫度的確認，確保寒流極端天氣設備水保持循環。

4）對操作者進行異常情況處理的培訓，做好對不良件的隔離及標識。

通過幾個月的連續跟蹤，未再發生此類質量問題，改善對策有效。

5 結束語

通過對表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的調研與分析，找出了其表面硬度不良產生的原因，并采取多種方法進行了改善。通過增加安裝設備功率監控程序，當功率低于工藝要求的10%時，立刻進行聲光報警，提示操作者查看設備問題，使設備問題能夠得到及時發現并維修解決，對防止不良件流出和過程監控起到了很好的作用，解決了因設備故障導致不良件產生而無法有效監控的問題，保證了產品質量。