目前,在汽車零部件生產中已廣泛使用感應淬火來提升強度和增加表面硬度,為確認感應淬火件的淬火質量符合圖樣規定的技術要求,一般要對外觀、硬度、淬硬層深度、淬硬區域、金相組織、變形與裂紋這7項進行檢驗。但在實際應用中,部分企業只是投入了機床或是委外進行感應淬火處理,并未認真對淬硬區域這一檢驗項目進行檢驗與控制,導致質量問題的發生。下面將介紹一些案例,說明感應淬火件淬硬區域的重要性以及檢驗要求。
為檢測感應淬火件的淬硬區域及淬硬層深度,需要進行取樣及磨樣等工作,因為費時費力,作為工作面的淬硬區域,一些企業經常使用硬度計隨機在淬硬區進行硬度檢測,但沒有對淬硬區域是否符合要求進行判斷。如果淬硬區域剛好在過渡或受力區域,即使其他檢驗項目符合要求,同樣造成應力集中,受力后造成斷裂。
1.階梯軸淬硬區域
在汽車零件部件中,涉及到階梯軸類型的很多,對于某40Cr前殼產品(見圖1),要求淬硬層深5～7mm,由于淬火工藝不完善,為了保證淬硬層區域過大直徑倒角處,在圓角處線圈停留時間長,造成圓角處淬硬層深過深,應力過大而容易開裂。
圖1 要求的淬硬區域
廠家為避免此種情況,將淬火區域調整到如圖2所示,淬硬層中斷,大大降低了前殼的扭轉強度,發生早期斷裂。對于前殼承受扭矩的零件,淬硬區必須過大直徑倒角,因此對于類似階梯軸產品,要檢驗是否得到連續、不中斷的淬硬區域,就要考慮在臺階部位進行取樣檢測(圖1 虛線框處)。
圖2 實際的淬硬區域
2.花鍵軸淬硬區域
某制動凸輪軸產品,圖樣要求在局部光桿區淬硬層深1～3mm,淬硬區域邊界與花鍵退刀處有15mm的間隔,對在花鍵過渡區斷裂的實物進行分析,發現光桿斷口處有1.3mm深的回火馬氏體組織,花鍵退刀斷口處為珠光體+鐵素體的金相組織,斷裂處正好是淬硬區與原始狀態的過渡區,表面硬度從60HRC降到17HRC,從表面殘余壓應力狀態轉為拉應力狀態,在受到扭轉時,極易發生斷裂。
3.光桿軸的淬硬區域
經對某平衡懸架軸的失效件進行分析,發現斷裂的位置均處于淬火區與非淬火區的分界區域,經CAE分析,斷裂位置正好是受力區域。經與技術要求核對發現,淬硬區長度只有270mm,低于技術要求的350mm。在日常硬度及金相檢測中沒有對淬硬區域進行確認,沒有發現此問題。經廠家對平衡懸架軸中頻淬火工藝改善后,淬硬區長度增加到技術要求,經市場驗證,平衡懸架軸斷裂故障率降低了95%以上。
4.整體淬火軸類產品
以汽車半軸為例,淬硬區從半軸法蘭盤內側R角一直花鍵末端。采用掃描淬火法時,當掃描到桿部與花鍵過渡段時,有效圈上的磁力線常會產生偏移,即桿部未加熱到過渡區域,而花鍵部已加熱,因此臺階部位是過程控制中難保證的部位。為了縮短檢測時間,盡快掌握半軸感應淬火質量,推薦圖3虛線框處取樣位置。
圖3 半軸掃描淬火取樣位置
5.結語
在感應淬火件的淬硬區域內,應選擇一個或幾個斷面進行解剖檢測分析,除了檢測淬硬層深度和金相組織外,還要考慮淬硬區域的檢測。
(1)局部淬火件
對于淬硬區長度不長的件,可以整段或分段取整個區域進行檢驗。對于淬硬區域較長的件,可以選取有代表性的區域進行檢驗,代表性的區域常選擇尺寸有變化的斷面、受力面或過渡區域。
(2)整體感應淬火件
需多處取樣進行質量檢驗,選取的代表性區域同局部淬火件選用的原則,盡量能用最少的剖面對整體感應質量進行有效判斷。
來源:熱處理生態圈
作者:苗國良、苗國良、徐龍立
單位:東風柳州汽車有限公司
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