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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(jié)合力差等質(zhì)量問題產(chǎn)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(yù)備熱處理狀態(tài)和C、N勢(shì)控制及滲前對(duì)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(tài)會(huì)明顯影響鍍層質(zhì)量。根據(jù)問題原因制定了工藝改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞:錐形套;心部硬度;滲層均勻性;鍍層質(zhì)量;工藝改進(jìn)

某型機(jī)液壓導(dǎo)管因漏油問題而造成油箱液位報(bào)警器數(shù)次報(bào)警，并造成緊急迫降等飛行事故;經(jīng)故障分析，認(rèn)為導(dǎo)管漏油故障的產(chǎn)生與錐形套制造質(zhì)量密切相關(guān)。錐套式導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，通過錐形套與導(dǎo)管和接頭進(jìn)行密封連接，密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，錐形套是該構(gòu)件的關(guān)鍵零件，對(duì)保證導(dǎo)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(qiáng)度和較好的韌性。錐形套是采用20鋼加工而成，并進(jìn)行氰化處理。氰化處理又稱為碳氮共滲，碳氮共滲是傳統(tǒng)的熱處理工藝，它能在保持工件內(nèi)部具有較高的韌性的條件下，得到高硬度、高強(qiáng)度的表面層［1］。經(jīng)碳氮共滲、淬火、回火處理后，滲層組織應(yīng)為含碳、氮的馬氏體、細(xì)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(tài)、大小、數(shù)量和分布均勻度對(duì)零件的使用性能都有影響［2］。錐形套制造工藝包括機(jī)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(zhuǎn)動(dòng);錐形套組裝后還要經(jīng)過重復(fù)裝配、強(qiáng)度爆破、振動(dòng)試驗(yàn)。錐形套是一種形狀復(fù)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(shù)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(xué)金相顯微鏡等對(duì)故障錐形套的化學(xué)成分、氰化層顯微硬度、氰化層深度、心部硬度進(jìn)行分析及對(duì)故障件鍍層進(jìn)行外觀檢查。

1檢驗(yàn)、分析

1．1化學(xué)成分及供應(yīng)狀態(tài)檢查

錐形套由20鋼制造，20鋼的化學(xué)成分見表1。核查了近兩年來錐形套原材料的復(fù)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)各批次材料的化學(xué)成分在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)，供應(yīng)狀態(tài)均為退火。原材料的碳含量和供應(yīng)狀態(tài)對(duì)氰化層深度及表面硬度無明顯影響，但會(huì)對(duì)心部硬度產(chǎn)生較大影響。為改善加工性能，使?jié)B層和心部具有均勻的組織，滲前零件熱處理狀態(tài)應(yīng)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(fù)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)碳含量≤0．20%時(shí)，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(chǎn)生過度變形。以往經(jīng)驗(yàn)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(huì)造成錐形套收壓后不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至?xí)簜麑?dǎo)管表面，產(chǎn)生應(yīng)力集中，且使強(qiáng)度降低，使用過程中導(dǎo)管在振動(dòng)作用下縮頸處發(fā)生疲勞斷裂。

1．3滲層硬度及深度

復(fù)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(dòng)不暢，組織不均勻會(huì)使收壓后回彈不均勻?qū)е聦?dǎo)管和錐形套變成隨圓，使得密封不緊。氰化層硬度是確保環(huán)形牙咬入導(dǎo)管表面的硬度。

1．4鍍層質(zhì)量鍍層質(zhì)量會(huì)影響

零件的抗蝕性，從圖4可以看出，由于錐形套鍍層質(zhì)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(huì)造成裝配時(shí)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(chǎn)生液壓滲漏。

2質(zhì)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(qū)，有利于滲層深度的控制，因此，滲層的不均勻可能是設(shè)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(shì)不足，氰化溫度偏低，保溫時(shí)間短，爐氣不暢，大量碳黑沉積在爐膛內(nèi)，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(zhì)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(shí)間，對(duì)滲層均勻性及硬度產(chǎn)生不良影響;2)爐罐及風(fēng)扇表面殘留積碳，影響氰化速度及滲層質(zhì)量。

2．2心部硬度偏低原因分析

表2所列數(shù)據(jù)是不同批次相同工藝處理的結(jié)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(shí)，心部硬度難以保證。因此，應(yīng)盡量選擇含碳量高于0．2%的鋼加工錐形套［6］。

2．3鍍層質(zhì)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(shí)間過長(zhǎng)，已部分老化，不清潔;淬火后，零件表面附有粘結(jié)的油污及積碳，不易清理，嚴(yán)重影響零件電鍍質(zhì)量。零件氰化后需要采取油封，增加后續(xù)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(jī)械方法清理表面，只能采用除油和酸洗進(jìn)行預(yù)處理，除污效果有限，預(yù)處理后的零件表面結(jié)合力不佳，電鍍質(zhì)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(tài)控制

1)在技術(shù)協(xié)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(duì)退火狀態(tài)的原材料經(jīng)(910℃保溫，水冷或空冷，回火溫度600～640℃，空冷)調(diào)質(zhì)處理后，氰化后的滲層均勻，心部組織均勻、晶粒細(xì)小。心部硬度明顯提高，心部硬度在200～240HV10范圍內(nèi)，檢測(cè)結(jié)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(nèi)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(jī)溶劑手工將錐形套表面污垢及雜質(zhì)清洗干凈，或采用清洗機(jī)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(nèi)氣氛循環(huán)通暢。在操作程序中明確規(guī)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(tài)。經(jīng)過工藝改進(jìn)后的滲層組織見圖6。

3．3電鍍層質(zhì)量改進(jìn)

3．3．1電鍍前改善零件表面狀態(tài)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(chǎn)說明書中規(guī)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(yán)格實(shí)施。工藝改進(jìn)前后的鍍前零件表面質(zhì)量對(duì)比，見圖7。3．3．2優(yōu)化電鍍工藝氰化工序后交件時(shí)不對(duì)零件進(jìn)行油封處理，僅使用防銹袋進(jìn)行封裝，電鍍鎘前適當(dāng)延長(zhǎng)除油時(shí)間，前處理工序之后增加預(yù)鍍鎳打底工序，然后再進(jìn)行鍍鎘。工藝改進(jìn)前后的電鍍層質(zhì)量對(duì)比見圖8。

4結(jié)論

1)原材料碳含量低于0．2%會(huì)影響心部硬度。2)C、N勢(shì)不足，氰化溫度偏低，保溫時(shí)間短，爐氣不暢，大量碳黑沉積在爐膛內(nèi)，爐溫不均勻，裝料太密，工件表面有油污等原因會(huì)影響滲層均勻性。3)滲前熱處理狀態(tài)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(tài)及增加預(yù)鍍鎳打底工序可提高電鍍層質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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

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

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［4］王榮禎，劉啟才．20#鋼錐形套薄層氰化［J］．直八型直升機(jī)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(duì)策［J］．摩托車技術(shù)，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(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995(1):51－55．

作者：蔣克全 巢昺軒 趙學(xué)良 單位：昌河飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司