淺談加法再制造機(jī)械產(chǎn)品的檢驗(yàn)

楊敏

【摘 要】以經(jīng)過電刷鍍技術(shù)修復(fù)的加法再制造連桿為例，分別采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗(yàn)法和硬度檢測法對加法再制造機(jī)械產(chǎn)品的檢驗(yàn)鑒定方法進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：三種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)方法；若將其綜合利用，對加法再制造產(chǎn)品的檢驗(yàn)鑒定效果會更好。

【關(guān)鍵詞】加法再制造；連桿；檢驗(yàn)鑒定

再制造機(jī)械產(chǎn)品加工技術(shù)門類十分廣泛，大體可分為三類：第一類是加法再制造，即在零件表面添加一層材料，覆蓋由于磨損、腐蝕等造成的材料表面缺陷，以獲得所需的材料表面性能，常用到的表面處理技術(shù)有高速電弧噴涂技術(shù)、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)以及微脈沖冷焊技術(shù)等；第二類是減法再制造，即對舊零件幾何尺寸進(jìn)行修正，去除表面的損傷部分，然后換用相應(yīng)尺寸的零件重新配合；第三類是替換法再制造，即把已損件用新品替換。再制造產(chǎn)品進(jìn)入中國市場和中國的再制造技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)入國際市場是必須面對的課題，如何對再制造機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定顯得至關(guān)重要。加法再制造機(jī)械產(chǎn)品的特征是：其配合接觸面不是新的機(jī)械加工面，沒有金屬光澤，而工作面是經(jīng)過機(jī)械加工的新表面，它的尺寸沒有發(fā)生變化，但工作面的化學(xué)成分發(fā)生了變化，從而會進(jìn)一步引起顯微組織和表面硬度也發(fā)生變化，因而可以采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和硬度檢測等方法對加法再制造產(chǎn)品加以鑒別。筆者以經(jīng)過電刷鍍鎳處理的50Cr鋼汽車連桿為例，對加法再制造機(jī)械產(chǎn)品的檢驗(yàn)鑒定方法進(jìn)行了探討。

一、試樣制備與試驗(yàn)方法

加法再制造所用試樣為某公司生產(chǎn)的卡車用50Cr鋼連桿。在長期的服役過程中，該連桿的大圓端與曲軸相連，由于長時間的摩擦，使得大圓端內(nèi)孔表面發(fā)生磨損。首先對連桿的大圓端內(nèi)孔進(jìn)行預(yù)處理，包括表面修整、表面清潔、電凈處理和活化處理；隨后采用特定的工藝對其進(jìn)行電刷鍍技術(shù)修復(fù)，分別通過化學(xué)成分分析法、金相檢驗(yàn)法和硬度檢測法對連桿的表面鍍層進(jìn)行分析。在化學(xué)成分分析法中，采用X熒光分析儀和移動式直讀光譜儀分別對表面和基體的化學(xué)成分進(jìn)行檢測；金相檢驗(yàn)法則是將小塊剖面試樣鑲嵌、磨拋后通過MM6光學(xué)顯微鏡進(jìn)行截面形貌觀察；硬度檢測法是將拋光后的金相試樣用MH-3型顯微硬度計(jì)進(jìn)行測試，載荷為0.098 N，以試樣最表面為起點(diǎn)，向基體內(nèi)部逐點(diǎn)測試，至硬度趨于平穩(wěn)。

二、試驗(yàn)結(jié)果與討論

（一）化學(xué)成分分析法

對經(jīng)過電刷鍍處理的卡車用50Cr鋼連桿大圓端內(nèi)孔表層的鍍層進(jìn)行X熒光分析，結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%，下同）如下： 1. 0Co，87. 52Ni，1. 16Cu，0.08Mo和0.22Pb。磨去表面鍍層后，對連桿基體的化學(xué)成分進(jìn)行直讀光譜檢測，結(jié)果如下：0.48C，0. 34Si， 0. 026S， 0. 017P， 1. 08Cr， 0. 71Mn和0.11Ni。對比可以發(fā)現(xiàn)，連桿大圓端內(nèi)孔表層的主要元素成分為鎳，而連桿基體中的鎳含量非常低，兩者存在很大的差別，這與采用以鎳為主的電鍍液有關(guān)，連桿大圓端內(nèi)孔表層經(jīng)過電刷鍍技術(shù)修復(fù)，其面形成了一層比較耐磨的鎳基合金層，經(jīng)機(jī)械加工到原來的尺寸后，換上新的內(nèi)襯，連桿的加法再制造就完成了。因此在了解了機(jī)械零件的配合接觸面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合采用化學(xué)成分分析法就可以方便地鑒別出該零件是否經(jīng)過了加法再制造處理。

（二）金相檢驗(yàn)法

由顯微鏡可以看到，上部灰色部分為連桿基體顯微組織，而下部的白亮金屬層就是電刷鍍鎳層，平均厚度在40Lm左右，最厚處可達(dá)到70Lm，該鍍鎳層與連桿基體的組織和性能完全不同。在基體的表面形成一層新的金屬耐磨層，不但可以修復(fù)舊的零件，而且還可以提高零件的耐磨性。由此可見，在了解了機(jī)械零件的配合面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，采用金相檢驗(yàn)法同樣可以檢測出零件是否經(jīng)過了加法再制造。

（三）硬度檢測法

連桿大圓端內(nèi)孔表面電刷鍍鎳層的硬度高達(dá)1 000 HV左右，明顯高于基體的硬度400 HV，并且表層與基體之間有比較好的過渡。由此可見，在了解了機(jī)械零件的配合面和工作面的表面情況及尺寸變化的基礎(chǔ)上，硬度檢測法也可以作為鑒別加法再制造產(chǎn)品的一種參考方法。

（四）三種方法的結(jié)合使用

鑒于上述三種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如能將其結(jié)合使用，便可以更加準(zhǔn)確地對產(chǎn)品是否經(jīng)過了加法再制造進(jìn)行評判。例如上述金相檢驗(yàn)法的測試結(jié)果顯示鍍層最厚處可達(dá)到70Lm，與硬度檢測法的檢測結(jié)果相吻合，因此將兩者結(jié)合可以更加肯定該產(chǎn)品經(jīng)過了鍍鎳處理。而在有些情況下，表面涂鍍層非常薄，有時只有幾微米，采用金相檢驗(yàn)法盡管可以看到表層與基體有差別，但無法肯定是否涂有鍍層，此時可結(jié)合化學(xué)成分分析法，分別對表層和基體的化學(xué)成分進(jìn)行檢測。

（五）討論

加法再制造的工件多為鋼鐵件，通常在其表面增加一些與基體不同的材料，如鎳、鉻等，來改善產(chǎn)品性能，由于新材料與母材存在一些差異，因此可以采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗(yàn)法和硬度檢測法來判斷產(chǎn)品是否經(jīng)過了加法再制造?；瘜W(xué)成分分析法是采用X熒光分析儀或便攜式直讀光譜儀對工件表面和基體材料分別進(jìn)行化學(xué)成分分析。由于加法再制造后有新的材料附加在原有的基體上，其表面與基體的成分必然存在很大區(qū)別因此可以從成分的不同來進(jìn)行檢驗(yàn)。該方法采用的設(shè)備為便攜式的，方便用于現(xiàn)場檢驗(yàn)，零件的破壞性也相對較小，且可以判斷再制造表層的成分，見是一種較為理想的檢驗(yàn)方法。

金相檢驗(yàn)法是利用加法再制造產(chǎn)品的表層和基體材料不一致的原理，對于同一材料，于采用了一定的熱處理或表面處理工藝，微觀結(jié)構(gòu)也會存在著明顯差異，如晶粒的大小，影響區(qū)及顯微組織的變化等，過這些差異可以鑒別出零件是否經(jīng)過了加法再制造。該檢測結(jié)果更加直觀，且可以測出再制造表層的厚度，是制樣比較麻煩，且所用試樣必須從原零件上切割下來，于破壞性檢測。由于加法再制造可以增加零件的耐磨性，因此再制造表層的硬度相對基體硬度更高。但是考慮到導(dǎo)致零件表面硬度提高的外來因素較多，此硬度檢測法僅僅可以作為一種參考的方法。

三、結(jié)論

對于加法再制造機(jī)械產(chǎn)品，以采用化學(xué)成分分析法、金相檢驗(yàn)法和硬度檢測法等方法加以鑒別；種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法；若將其綜合利用，對加法再制造機(jī)械產(chǎn)品的鑒別效果會更好。

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