錐形套質量原因及工藝改進分析范文

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摘要:分析了錐形套心部硬度偏低，滲層不均勻，鍍層結合力差等質量問題產生的原因。通過故障原因分析，要得到合格的心部硬度，需要原材料的碳含量不小于0．2%;好的預備熱處理狀態和C、N勢控制及滲前對爐罐和零件清理能得到均勻的氰化層;零件鍍前的清潔狀態會明顯影響鍍層質量。根據問題原因制定了工藝改進措施。

關鍵詞:錐形套;心部硬度;滲層均勻性;鍍層質量;工藝改進

某型機液壓導管因漏油問題而造成油箱液位報警器數次報警，并造成緊急迫降等飛行事故;經故障分析，認為導管漏油故障的產生與錐形套制造質量密切相關。錐套式導管連接結構簡圖如圖1所示，通過錐形套與導管和接頭進行密封連接，密封結構如圖2所示，錐形套是該構件的關鍵零件，對保證導管的密封性能起決定性的作用，它要求具有較高的表面硬度、一定的中心強度和較好的韌性。錐形套是采用20鋼加工而成，并進行氰化處理。氰化處理又稱為碳氮共滲，碳氮共滲是傳統的熱處理工藝，它能在保持工件內部具有較高的韌性的條件下，得到高硬度、高強度的表面層［1］。經碳氮共滲、淬火、回火處理后，滲層組織應為含碳、氮的馬氏體、細小均勻分布的碳氮化合物顆粒和少量的殘余奧氏體，心部為鐵素體。各種組織形態、大小、數量和分布均勻度對零件的使用性能都有影響［2］。錐形套制造工藝包括機械加工、氰化處理、鍍鎘等工序，零件制造完成后需要和不銹鋼管或鋁管收壓裝配，裝配后保證錐形套能360°自由轉動;錐形套組裝后還要經過重復裝配、強度爆破、振動試驗。錐形套是一種形狀復雜的薄壁零件，零件厚度僅1．1～1．52mm，滲層薄且要求高，控制表面及心部的硬度，技術要求為:1)氰化層深度0．03～0．07mm;2)氰化層顯微硬度500～800HV0．1;3)中心的維氏硬度170～240HV0．1。為弄清楚錐形套收口變形的原因，采用光譜分析儀、顯微硬度、光學金相顯微鏡等對故障錐形套的化學成分、氰化層顯微硬度、氰化層深度、心部硬度進行分析及對故障件鍍層進行外觀檢查。

1檢驗、分析

1．1化學成分及供應狀態檢查

錐形套由20鋼制造，20鋼的化學成分見表1。核查了近兩年來錐形套原材料的復驗記錄，發現各批次材料的化學成分在規定范圍內波動，供應狀態均為退火。原材料的碳含量和供應狀態對氰化層深度及表面硬度無明顯影響，但會對心部硬度產生較大影響。為改善加工性能，使滲層和心部具有均勻的組織，滲前零件熱處理狀態應為正火或正火加回火［3］。 

1．2心部硬度核查

近兩年來錐形套近20批次原材料復驗記錄，發現碳含量≤0．20%時，錐形套心部硬度普遍偏低。合適的心部硬度是保證錐形套有一定的塑性以滿足收縮變形的要求，具有一定的韌性，保證錐形套收口后不產生過度變形。以往經驗表明，心部硬度最好保持在200HV0．1以上。心部硬度過低或/和心部組織不均會造成錐形套收壓后不能自由轉動，甚至會壓傷導管表面，產生應力集中，且使強度降低，使用過程中導管在振動作用下縮頸處發生疲勞斷裂。

1．3滲層硬度及深度

復檢了近2年共10批次的零件氰化層硬度，大部分滿足要求，少部分零件滲層深度滿足不了要求，存在滲層較淺且滲層不均勻的問題，金相組織分析如圖3。滲層不均勻間接反映出了零件原始組織的不均勻或氣氛流動不暢，組織不均勻會使收壓后回彈不均勻導致導管和錐形套變成隨圓，使得密封不緊。氰化層硬度是確保環形牙咬入導管表面的硬度。

1．4鍍層質量鍍層質量會影響

零件的抗蝕性，從圖4可以看出，由于錐形套鍍層質量差，零件局部已開始銹蝕。常見鍍層缺陷有起皮，局部未鍍上、脫落等情況，鍍層缺陷會造成裝配時密封不緊或零件在使用過程中提早銹蝕而不能起到密封作用而產生液壓滲漏。

2質量問題原因分析

2．1滲層不均勻原因分析

錐形套氰化溫度740～780℃，在750℃～840℃溫度范圍的C-N共滲溫度下，低、中碳鋼基體處于二相區，有利于滲層深度的控制，因此，滲層的不均勻可能是設備和工藝控制等原因［4］。造成滲層不均勻的原因主要有C、N勢不足，氰化溫度偏低，保溫時間短，爐氣不暢，大量碳黑沉積在爐膛內，爐溫不均勻、裝料太密，工件表面有油污等原因［5］。影響滲層質量原因主要有:1)為增加滲劑的溶解速度，操作者隨意增加酒精，改變了滲劑成份，影響滲速及氰化時間，對滲層均勻性及硬度產生不良影響;2)爐罐及風扇表面殘留積碳，影響氰化速度及滲層質量。

2．2心部硬度偏低原因分析

表2所列數據是不同批次相同工藝處理的結果。從表2可以看出，含碳量≥0．2%的鋼氰化后，心部硬度符合要求;含碳量＜0．2%時，心部硬度難以保證。因此，應盡量選擇含碳量高于0．2%的鋼加工錐形套［6］。

2．3鍍層質量原因分析

氰化后，零件直接放入普通淬火油槽中淬火，淬火油使用時間過長，已部分老化，不清潔;淬火后，零件表面附有粘結的油污及積碳，不易清理，嚴重影響零件電鍍質量。零件氰化后需要采取油封，增加后續零件電鍍前清洗的難度。另一方面，由于錐形套零件氰化后表面無加工余量，不能用吹砂等機械方法清理表面，只能采用除油和酸洗進行預處理，除污效果有限，預處理后的零件表面結合力不佳，電鍍質量難以保證。

3解決措施及效果

3．1原材料碳含量及氰化前狀態控制

1)在技術協議中明確要求用于加工錐形套的原材料的碳含量要不低于0．2%。2)對退火狀態的原材料經(910℃保溫，水冷或空冷，回火溫度600～640℃，空冷)調質處理后，氰化后的滲層均勻，心部組織均勻、晶粒細小。心部硬度明顯提高，心部硬度在200～240HV10范圍內，檢測結果見表3，滲層金相組織見圖5。

3．2氰化層均勻性控制

滲前清理氰化爐爐膛，不允許爐內有油、水、污物等有可能影響氰化效果的成分。采用汽油、丙酮等有機溶劑手工將錐形套表面污垢及雜質清洗干凈，或采用清洗機將錐形套清洗干凈。控制裝爐量，每批裝爐量不大于500件，確保爐內氣氛循環通暢。在操作程序中明確規定滲劑配制要求，由于滲劑為尿素和三乙醇胺，尿素在常溫下難以溶解在三乙醇胺中，為此用熱水加熱裝有滲劑的容器，使溶劑保持完全溶解狀態。經過工藝改進后的滲層組織見圖6。

3．3電鍍層質量改進

3．3．1電鍍前改善零件表面狀態采用丙酮多次清洗零件表面，清洗后的零件不允許赤手接觸，在生產說明書中規定并在車間文件中明確，氰化后的淬火均采用清潔的真空淬火，要求操作者嚴格實施。工藝改進前后的鍍前零件表面質量對比，見圖7。3．3．2優化電鍍工藝氰化工序后交件時不對零件進行油封處理，僅使用防銹袋進行封裝，電鍍鎘前適當延長除油時間，前處理工序之后增加預鍍鎳打底工序，然后再進行鍍鎘。工藝改進前后的電鍍層質量對比見圖8。

4結論

1)原材料碳含量低于0．2%會影響心部硬度。2)C、N勢不足，氰化溫度偏低，保溫時間短，爐氣不暢，大量碳黑沉積在爐膛內，爐溫不均勻，裝料太密，工件表面有油污等原因會影響滲層均勻性。3)滲前熱處理狀態為正火或正火加回火，有利于提高心部硬度和滲層均勻性。4)鍍前零件狀態及增加預鍍鎳打底工序可提高電鍍層質量。

參考文獻

［1］翁朝輝，彭如恕，栗俊杰，等．激光重熔對45#鋼碳氮共滲層性能改進研究［J］．熱處理技術與裝備，2009，30(2):28－31．

［2］劉靜．碳氮共滲工藝在內燃機車柴油機齒輪上應用研究［J］．煤炭技術，2012，31(6):14－16．

［3］航空制造工程手冊總編委會．航空制造工程手冊(熱處理)［M］．北京:航空工業出版社，1993:399－418．

［4］王榮禎，劉啟才．20#鋼錐形套薄層氰化［J］．直八型直升機研制文集(C)，1994(8):227－281．

［5］王榮斌．碳氮共滲十種缺陷分析與對策［J］．摩托車技術，1999(12):10－13．

［6］陳濤，陳彬南．超薄層C-N共滲研究［J］．南昌航空工業學院學報，1995(1):51－55．

作者：蔣克全 巢昺軒 趙學良 單位：昌河飛機工業集團有限責任公司