一種SUV轉向臂軸鍛件分模面磁痕分析及鍛造工藝改進（下）

《一種SUV轉向臂軸鍛件分模面磁痕分析及鍛造工藝改進》（上）見《鍛造與沖壓》2018年第7期

檢驗轉向臂軸內部金屬流線對產生缺陷的影響

⑴理論和模擬分析。

現(xiàn)有的加工工藝為：先將加熱后的棒料放在模具上進行鍛打一次，鍛打結束后上下模的間隙為0。由于轉向臂軸齒部相對桿部位置較粗，毛坯在擠壓的過程中要將轉向臂軸的齒部位置充滿，導致桿部要排出多余金屬來填充齒部。在擠壓過程中，可以明顯看到心部金屬外溢，經(jīng)驗分析與軟件模擬結果一致。

⑵實驗驗證上述推論。

實驗方案：使用前期A鋼廠20CrMnTi、φ50mm、40845370爐批號鋼材，下料285mm，中心鉆不同直徑的孔，插入相應尺寸的45#鋼材，如圖6(a)所示，按照現(xiàn)行的轉向臂軸鍛造工藝鍛打后剖切截面看金屬流動情況。

從實驗照片圖6(b)中可以看出，心部φ25mm的棒料已經(jīng)溢流到分模面外；心部φ30mm的棒料流出更多、更明顯。說明心部非致密層的面積關系到分模面磁痕的嚴重程度。實驗結果與理論推理、軟件模擬的結果一致。

圖6 實驗情況

綜上，鋼材不可避免地存在程度不同的非金屬夾雜物、中心疏松、偏析及帶狀組織等缺陷。在整個形變過程中原材料中心部位的缺陷和非金屬夾雜物朝分模面和飛邊匯集而密集于切邊處。對于鍛造可變形的非金屬夾雜物，如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等，在分模面沿金屬延伸方向呈片狀形式存在。對于鍛造不可變形的非金屬夾雜物，如氧化物和氮化物等，則分布在分模面沿金屬延伸方向而呈面狀集團形式存在，從而引起金屬在分模面處分層。當金屬充滿型腔后，由于飛邊進一步減薄、冷卻和橋口摩擦等原因，多余金屬流出橋口阻力極大，只有很少量的金屬流出橋口。集聚在橋口附近的片狀、面狀非金屬夾雜物和帶狀組織幾經(jīng)壓縮，最終殘留在鍛件的分模面處，探傷時形成磁粉堆積，出現(xiàn)磁痕現(xiàn)象。

依托第三方檢測機構進一步驗證轉向臂軸缺陷存在的原因

圖7為中國一拖集團有限公司工藝材料研究所出具的檢測報告的結論部分。表3為三個檢測機構的檢測結論，從第三方檢測報告可以總結出：此次磁痕問題的根本原因為鋼材疏松、非金屬夾雜、帶狀等內部缺陷溢流到分模面所致。

表3 第三方檢測機構的檢測結論

圖7 中國一拖工材所檢測報告結論部分

工藝改進

綜合各個過程調查的情況和第三方檢測結果，說明現(xiàn)有轉向臂軸鍛造工藝對鋼材本身質量要求非常敏感，為此提出兩個方向的改進：⑴通過鍛造工藝的改進，減少鋼材心部組織外溢的方式，控制磁痕產生比例。⑵與鋼材生產廠家一同進行控制鋼材中心非致密層的研究，確定最終能滿足客戶加工要求的中心非致密層尺寸（圖8兩箭頭之間位置）。

采用局部鐓粗+鍛打的新工藝，使用的鋼材為A鋼廠的20CrMnTi、φ40mm的棒料，生產50件產品，批次為5231、棒料長度385～390mm。優(yōu)化后的實驗工藝為：中頻加熱→局部鐓粗（實驗時用400t壓力機）→鍛造（1000t壓力機）→切邊（250t切邊機）→正火（臺車爐）→表面清理→磁粉探傷→包裝/發(fā)貨。

圖8 致密層示意圖

毛坯粗車后探傷未發(fā)現(xiàn)分模面磁痕，測量產品重量、產品尺寸、切邊后料邊厚度、切邊方向尺寸均達到要求。采用正火+不完全淬火+回火，工藝要求達到210～257HB，實測合格；產品金相組織為2級合格。

工藝更改前后產品金屬的流線如圖9所示，從圖中很清楚看到局部鐓粗工藝桿部直徑方向比現(xiàn)有工藝致密，流線較集中的中心位置未被切斷。

圖9 產品金屬流線對比圖

結論

⑴在轉向臂軸工藝過程復檢的過程中發(fā)現(xiàn)：鋼材供應商未對心部疏松面積進行規(guī)定。

⑵轉向臂軸產生非相關磁痕的原因可以大致歸為：1)內部原因。材料本身金屬組織的不均勻是導致非相關磁痕產生的主要原因，通過改進和降低材料本身的帶狀組織和金屬組織的不均勻度，可以有效降低磁痕的產生。2)外部原因。壓力機鍛造時，金屬不均勻向周圍擴展，導致軸向的帶狀組織和流線被剪斷，斷裂部位產生成分和組織突變，導致該部位產生非相關磁痕。

⑶優(yōu)化鍛造工藝過程，采用局部鐓粗+鍛造的新工藝，盡量減少鍛造過程中的異常變形，有助于減少分模面磁痕的產生及優(yōu)化臂軸內部金屬流線。

⑷進行控制鋼材中心非致密層的研究，確定最終能滿足客戶加工要求的中心非致密層尺寸，也將大大減小鍛造時鋼材內部金屬向外溢出的程度。