超高強度鋼基體碳化鎢涂層磨削及質量控制

李　博，王　偉

(中航飛機起落架有限責任公司燎原分公司，陜西 城固 723200)

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超高強度鋼基體碳化鎢涂層磨削及質量控制

李博，王偉

(中航飛機起落架有限責任公司燎原分公司，陜西 城固 723200)

超音速火焰噴涂WC-10Co4Cr涂層具有低空隙率、高結合強度和耐磨性能優(yōu)良等特點，在飛機起落架有耐磨要求軸類零件的尺寸和精度修復上已有廣泛應用；但受工藝及涂層性質制約，原始涂層表面粗糙度及均勻性一般都不能滿足設計的要求，必須通過磨削來保證。在實際生產中，因操作不當或參數(shù)選擇不合理等環(huán)節(jié)控制不好，常常導致零件熱應力變形，出現(xiàn)涂層剝落、龜裂或微裂紋等缺陷，嚴重影響涂層質量，制約了產品的正常交付。通過加強對材料、設備及維護、制造過程和人員等環(huán)節(jié)的控制，杜絕了某型號超高強度鋼軸類零件涂層磨削質量問題的發(fā)生，并經過了長期的實踐檢驗，對指導生產具有借鑒意義。

WC-10Co4Cr涂層；磨削應力；裂紋；磨削溫度；質量控制

用超音速火焰噴涂工藝制備的WC-10Co4Cr涂層(見圖1)，涂層致密，孔隙率<1%；涂層與基體的結合為機械和半冶金結合，結合強度較高，可>70 MPa；硬度可以達到1 100～1 300HV,可以獲得很高的耐磨性能[1-2]。其在飛機起落架有耐磨要求的軸類零件、尺寸和精度修復上已有廣泛應用，但受工藝及涂層性質制約，超音速火焰噴涂原始涂層表面粗糙度一般>Ra3.2 μm，不能滿足設計要求(

圖1　涂層磨削前照片

磨削是利用高速旋轉的金剛石砂輪，通過粗磨和精磨使被加工零件表面粗糙度達到Ra0.4～Ra0.6 μm，拋光后表面粗糙度可達到Ra0.1～Ra0.2 μm。在實際生產中，因操作不當或參數(shù)選擇不合理等環(huán)節(jié)控制不好，常常導致零件熱應力變形，出現(xiàn)微裂紋，嚴重影響了涂層質量，制約了產品的正常交付。為了保證涂層磨削質量，應對涂層磨削工藝質量進行控制，即對材料和人員、設備和維護以及制造過程等進行控制。

1　材料和人員控制

1.1材料控制

對涂層磨削工藝使用的輔助材料，規(guī)定采購部門必須在《型號材料合格供應商目錄》中選擇供貨廠家，從源頭上保證材料質量。對砂輪、磨削液、拋光膏和金剛石拋光帶應檢查標準的符合性及合格證是否齊全。

1.2人員控制

對從事WC-10Co4Cr涂層磨削的操作人員和檢驗人員定期進行工藝標準、檢測標準和操作要點等相關內容的培訓，待考核合格后，由公司人力資源處頒發(fā)具有一定時效性的崗位資格證。只有持有崗位資格證的人員才能從事對應的工作。對操作人員及檢驗人員應造冊登記，明確其崗位資格證編號、有效期等，同時，對崗位資格證即將到期的人員提前安排學習、培訓及換發(fā)新證的工作，確保資格證始終在有效期內。

2　設備及維護控制

2.1設備控制

1)磨削加工設備。磨削加工設備應能保持一定的砂輪速度和工件轉速，具有調整橫向進給量和縱向進給量并保證其精度，且能提供穩(wěn)定的磨削液到砂輪工作表面的功能。磨削過程及設備如圖2所示。

圖2　磨削過程及設備

2)工裝/夾具。工裝和夾具應能把固定工件在合適位置，以便進行磨削。

3)砂輪。砂輪應具有標識完整的參數(shù)。磨粒：金剛石；粘結劑：樹脂；磨粒目數(shù)：100#～400#；硬度或級別：H、L、M、N、P 和R ；金剛石砂輪濃度：75%～125%。某型號超高強度鋼軸類零件涂層磨削選用砂輪見表1。

表1　砂輪參數(shù)

2.2維護控制

維護控制措施如下。

1)應按照設備制造商的建議定期檢查和維護設備。

2)應做好涂層磨削設備的工作和維護日志，詳細記錄設備的工作、原件更換和設備維修情況，以便更好地掌握設備性能，保證磨削質量。

3)在磨削過程中，應保持砂輪鋒利，冷卻充分，并嚴格控制磨削量。

3　制造過程控制

磨削工藝流程為：清理→檢查→保護→配重→磨削→砂輪修正→超精加工→涂層測厚。

3.1清理控制

清理控制措施如下：1)加工前去除保護工件用的涂覆層和其他異物，以免污染冷卻液和砂輪；2)對工件產生有害影響的磨削液和磨削屑泥必須清理干凈；3)清理用材料不應對碳化鎢涂層有損傷，當不同工序之間的延遲可能導致腐蝕發(fā)生時，必須在清理后對工件采取適當防護措施。

3.2磨削過程控制

對涂層磨削而言，合理的控制磨削參數(shù)可以有效防止零件表面燒傷及熱應力變形，杜絕表面產生裂紋、涂層崩裂等缺陷的產生。在磨削過程中，由于磨削應力的作用，裂紋首先在與基體結合處產生，涂層被拉開后，再沿著垂直于主要磨削應力方向擴展。為降低裂紋產生的概率，應優(yōu)化磨削參數(shù)，降低磨削加工應力，同時加大基體材料表面粗糙度，增加涂層與界面的結合力。某型號超高強度鋼軸類零件涂層磨削優(yōu)化的工藝參數(shù)見表2。

表2　工藝參數(shù)和磨削條件

磨削過程控制措施如下：1)加工前檢查待磨削區(qū)域的涂層是否有凹坑、剝落等缺陷；2)砂輪安裝前后調靜平衡，兩頂砂輪修整器，加工砂輪直至修整器表面沒有振紋和螺旋線；3)測量噴涂后外圓尺寸，標定高點部位并測定尺寸；4)兩頂，找正外圓跳動公差≤0.02 mm，由高點半精磨外圓尺寸，半精磨過程中若發(fā)現(xiàn)砂輪鈍化應及時修整，精磨最小磨量至少為單邊0.025 mm；5)在涂層磨削30 ～60 min后卸下工件，兩頂砂輪修整器，加工砂輪直至修整器表面沒有振紋和螺旋線；6)兩頂，找正外圓跳動公差≤0.02 mm，磨削外圓直至涂層厚度符合要求。

3.3磨削溫度的控制

試驗表明，磨削溫度隨著磨削深度的增加而增大，原因如下：1)磨削深度增大，法向磨削力也隨之增大，因而磨削過程中消耗的能量增大，轉化為熱能的能量也隨之增大；2)磨削深度增大使得砂輪與工件的接觸弧長變大，砂輪與工件之間的劃擦作用增大，引起磨削溫度增大。工作臺速度越快，涂層-基體結合面及磨削表面平均溫度越高，這是因為工作臺速度加快，未變形切削厚度加大，切削同樣的深度所耗費的能量就越多，因而產生的熱量越大。而進一步提高工作臺速度后，涂層-基體結合面磨削溫度有下降的趨勢，這是因為提高工作臺速度后，磨削熱在工件停留的時間變短，熱量快速通過磨削工件表面，降低工件表面熱滲透深度；同時大量的磨削熱可被磨屑和磨削液帶走， 使工件表面溫度降低。因此，磨削溫度控制措施如下：1)進刀量<0.005 mm；2)工作臺的轉速為0.3～0.5 m/min 。

3.4磨削應力的控制

在磨削過程中，涂層表面在切削力和切削熱的作用下，會產生不同程度的塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改變，使零件工作表面產生內應力。如不及時消除該應力，將影響材料的尺寸穩(wěn)定性和涂層的結合力[3]。因此，磨削應力控制措施如下：涂層磨削后應在4 h內消除應力，溫度為(190±10) ℃，時間≥4 h。

3.5磨削后的控制

對于磨削后檢驗合格的零件，應按無損檢測標準對涂層進行熒光滲透檢驗，合格后方可交付。涂層磨削后照片如圖3所示。

圖3　涂層磨削后照片

4　結語

長期的生產實踐表明，通過對材料、人員、設備和維護以及制造過程等環(huán)節(jié)的控制，超高強度鋼基體WC-10Co4Cr磨削過程出現(xiàn)的涂層剝落、龜裂或微裂紋等質量問題已得到了解決，產品質量持續(xù)穩(wěn)定，節(jié)約成本約30萬元/a。

[1] 鄧春明，周克崧，劉敏，等．Cr對超音速火焰噴涂WC-Co涂層抗中性鹽霧腐蝕性能的影響[J]．材料開發(fā)與應用，2007，22(3)：33-36．

[2] 郭力，易軍，盛曉敏，等．超音速火焰噴涂WC-Co涂層超高速磨削試驗研究[J]．湖南大學學報：自然科學版，2012，39(9)：23-27．

[3] 李博. 提高300M鋼零件HVOF涂層結合力的方法[J].新技術新工藝，2015(2)：121-124.

責任編輯馬彤

Grinding and Quality Control of Tungsten Carbide Coating on Baseline of Ultra High Strength Steel

LI Bo, WANG Wei

(Aviation Industry Corporation of China Landing Gear Advanced Manufacturing Corporation, Chenggu, 723200, China)

HVOF WC-10Co4Cr coating has advantage of low porosity, high bonding strength, and good abrasion resistance, etc., which is widely used on shaft component required abrasion resistance on landing gear of the aircraft in dimension and precision repairing. However, original coating surface roughness and uniformity usually can not meet design requirement because of the restriction of process and coating’s characteristic, thereby the grinding can make up this. In the actual production, improper operations and unreasonable parameters chosen may lead parts distorted or peeling, chap or micro-crack of coating, which affect coating quality, and furthermore, it may restrict delivery of products. Through the controlling material, equipment and maintenance, manufacturing process and personnel, forbid the occurring of quality problems of coating grinding on axis parts of ultra high strength steel of some model. With long term practice, it has practical significance in the present production.

WC-10Co4Cr Coating, grinding stress, crack, grinding temperature, quality control

TG 688

A

李博(1969-)，男，高級工程師，主要從事飛機起落架生產過程中特種工藝的應用和研究等方面的工作。

2016-05-31