案例分享：氣體滲氮后磨削崩邊
配油盤（見圖1）是液壓泵總成中的一個(gè)重要零件，與轉(zhuǎn)子組件組成液壓泵中的關(guān)鍵摩擦副。該配油盤材質(zhì)為38CrMoAl，加工工藝流程為：鍛造→正火→調(diào)質(zhì)→車銑加工→滲氮→磨削。其中調(diào)質(zhì)技術(shù)要求為：調(diào)質(zhì)硬度30～36HRC，金相組織按GB/T 11354—2005要求為1～2級(jí)；滲氮技術(shù)要求為：表面硬度≥900HV10，滲氮硬化層深度0.2～0.4mm，滲氮層脆性、疏松、氮化物均為1～2級(jí)合格。
圖1 配油盤宏觀照片
某批零件在磨削工序出現(xiàn)裂紋、崩邊脫落現(xiàn)象，如圖2所示，問(wèn)題零件共200余件，缺陷均集中在配油盤的平面?zhèn)龋蛎鎮(zhèn)任窗l(fā)現(xiàn)類似問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，進(jìn)行理化檢驗(yàn)分析，以找出具體原因。
圖2 配油盤崩邊脫落照片
使用直讀式光譜儀對(duì)零件進(jìn)行化學(xué)成分分析，該零件設(shè)計(jì)材質(zhì)為38CrMoAl，實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。表1 配油盤化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
從化學(xué)成分可以看出，零件化學(xué)成分符合GB/T 3077—2015中關(guān)于38CrMoAl的要求。對(duì)零件正常部位取樣進(jìn)行滲氮性能檢驗(yàn)，包括表面硬度、脆性等級(jí)、疏松等級(jí)、氮化物等級(jí)，結(jié)果見表2。表2 配油盤正常無(wú)裂紋處滲氮表面硬度等參數(shù)
由表2可看出，正常部位滲氮后表面硬度、金相組織等均符合技術(shù)要求。
針對(duì)以上結(jié)果，特對(duì)發(fā)生裂紋崩邊處進(jìn)行取樣，檢驗(yàn)其滲氮金相組織，檢驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
圖3 配油盤崩邊脫落處金相
從圖3可看出，零件表面最外層存在全脫碳層，氮化物嚴(yán)重超標(biāo)，呈連續(xù)網(wǎng)狀分布。個(gè)別嚴(yán)重部位表面氮化物層已脫落，殘留次表面的脫碳層。經(jīng)過(guò)以上理化分析，造成裂紋崩邊的直接原因是尖邊部位滲氮后表面產(chǎn)生嚴(yán)重的氮化物，在磨削過(guò)程中，尖邊處與砂輪摩擦?xí)a(chǎn)生裂紋進(jìn)而崩邊脫落。而造成嚴(yán)重氮化物的根本是滲氮前表面存在脫碳層，給嚴(yán)重氮化物的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。下一步將對(duì)調(diào)質(zhì)態(tài)毛坯樣件進(jìn)行分析，以查找表面脫碳層產(chǎn)生的原因。2. 調(diào)質(zhì)態(tài)樣件分析對(duì)調(diào)質(zhì)狀態(tài)原材料進(jìn)行脫碳層深度檢驗(yàn)，按GB/T 224—2008所規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。實(shí)測(cè)脫碳層深約0.31mm，如圖4所示，調(diào)質(zhì)態(tài)金相組織如圖5所示。
圖4 調(diào)質(zhì)態(tài)脫碳層深
圖5 調(diào)質(zhì)態(tài)金相組織
該工件表面預(yù)留加工余量約1.2mm，從理論上來(lái)說(shuō)0.31mm的脫碳層是完全可以去除的，按廠內(nèi)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)脫碳層深度不得超過(guò)成品加工余量的1/3，該調(diào)質(zhì)態(tài)毛坯的脫碳層深是合格的。
最后通過(guò)對(duì)機(jī)加工過(guò)程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該工件在前序車銑加工工序中，存在黑皮車不全等缺陷。對(duì)機(jī)加工定位夾緊工裝進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)角度定位工裝出現(xiàn)偏移誤差，造成球面?zhèn)扰c平面?zhèn)葘?shí)際加工余量嚴(yán)重偏差。通過(guò)演示計(jì)算分析，該批工件實(shí)際加工過(guò)程中，平面?zhèn)燃庸び嗔孔钚√巸H0.1mm，這就不能完全去除脫碳層，為后來(lái)的滲氮工序埋下隱患。
（1）該批配油盤尖角棱邊處氮化物超標(biāo)，造成脆性嚴(yán)重，需報(bào)廢處理。（2）滲氮前零件表面不允許存在脫碳層，原材料檢驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制原材料脫碳層深度，不得超過(guò)后續(xù)加工余量的1/3。（3）各工序加工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)自檢，冷加工和熱加工工序間應(yīng)加強(qiáng)溝通。作者：趙曉秀，劉愛龍，孟凡濤，楊同光
單位：山東常林機(jī)械集團(tuán)股份有限公司節(jié)能液壓元件及系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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