一種SUV轉(zhuǎn)向臂軸鍛件分模面磁痕分析及鍛造工藝改進（上）

文／周純濤，趙明偉，薛斌斌，楊立文·河南中軸福漫鍛造有限公司

SUV轉(zhuǎn)向器制造過程中的磁粉探傷檢測時，轉(zhuǎn)向臂軸產(chǎn)品會產(chǎn)生批量性的非相關(guān)磁痕，對SUV轉(zhuǎn)向臂軸加工工藝的復(fù)檢和對可能原因進行實驗后得知，這些磁痕產(chǎn)生的根本原因是由于材料本身金屬組織的不均勻性引起的；提出了改進鍛造工藝及控制轉(zhuǎn)向臂軸鋼材中心非致密層尺寸的方法，來減低磁痕的產(chǎn)生，以供同行參考。

SUV轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向臂軸在制造過程中的磁痕檢測時，常常有被判為非相關(guān)磁痕的產(chǎn)品。而這些被判為非相關(guān)磁痕的產(chǎn)品常常被當(dāng)作廢品處理。但是，我公司接到客戶單位反饋3個批次轉(zhuǎn)向臂軸，磨削后探傷，在分模面位置出現(xiàn)批量磁痕。用熒光磁粉探傷200件轉(zhuǎn)向臂軸熱處理前狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)磁痕。這種批量性非相關(guān)磁痕事故給企業(yè)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，針對這些嚴(yán)重的質(zhì)量事件，多功能小組開展了大量的技術(shù)分析工作，找出了產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，并制定了相應(yīng)的改進措施。

產(chǎn)品信息

鍛件重量為3.5kg，材質(zhì)為20CrMnTiH4，鍛造工藝為：下料→加熱→終鍛→切邊→熱處理→表面清理→磁粉探傷→發(fā)貨。鍛件形狀如圖1所示。

圖1 鍛件三維圖

成品加工工序為：鉆孔→粗車→精車→銑齒→熱處理滲碳→精磨→磁粉探傷→成品分模面磁痕缺陷如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)向臂軸分模面磁痕

缺陷產(chǎn)生原因分析方案

我公司先從生產(chǎn)工藝開始排查，按照轉(zhuǎn)向臂軸的生產(chǎn)工藝過程，從材料復(fù)檢、下料、加熱、鍛造、切邊、正火、不完全淬火+回火、磁粉探傷幾個方面進行排查，排查結(jié)果如下。

材料復(fù)檢

⑴原材料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向臂軸的原材料是20CrMnTiH4，材料供應(yīng)公司的標(biāo)準(zhǔn)未發(fā)生變化。

⑵其他檢測。對比出現(xiàn)磁痕批次產(chǎn)品的鋼材外觀、鋼材直徑發(fā)現(xiàn)并無差異；而在低倍組織檢測時發(fā)現(xiàn)，心部疏松存在一定差異，材料供應(yīng)商技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未對心部疏松面積進行規(guī)定。將7月、8月到貨鋼材的五大元素C、Si、Cr、Mn、Ti和S、P進行對比分析，沒有發(fā)現(xiàn)不合格；對塔形試棒按要求進行復(fù)檢，塔形檢測探傷根據(jù)臂軸探傷軸向電流：820～960A，縱向電流：1100～1300A，要求控制；檢測結(jié)果：塔形發(fā)紋合格。

綜上所述，低倍組織復(fù)檢時發(fā)現(xiàn)心部疏松存在一定差異，材料供應(yīng)商技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未對心部疏松面積進行規(guī)定。

下料

轉(zhuǎn)向臂軸工藝要求下料長度為284～285mm，隨機抽取50件進行長度測量，發(fā)現(xiàn)過程能力CPk=1.64。說明：現(xiàn)有下料設(shè)備能力可以滿足工藝要求。

加熱

在復(fù)查加熱過程中，在線測溫裝置出現(xiàn)故障，故利用手持測溫儀進行過程巡視時存在能力不足問題，需要考慮增加一套測溫裝置作為備用。

鍛造

鍛造模具的材質(zhì)為5CrNiMo，圖紙要求模具硬度在40～45HRC之間，實際抽查結(jié)果為新模具和翻新模具硬度均符合工藝要求。

模具在使用過程中最容易磨損變形的位置是分模面位置，為此將新、舊模具分模面位置R角進行了測量，新模具工藝要求為R2，實測為R2、舊模具實測為R2.5～R3.5，檢測如圖3所示。

圖3 模具分模面位置R角測量

鍛造設(shè)備：近期未對1000t壓力機進行大修。

人員情況：鍛造車間一線鍛工，一直從事轉(zhuǎn)向臂軸和螺母的鍛打，經(jīng)驗豐富，人員穩(wěn)定情況正常。

綜上所述：鍛造模具、設(shè)備和人員都在可控范圍。

切邊

新切邊模具的刃口為直角，而使用后的切邊模具刃口不再是直角，變成圓弧，測量刃口圓弧R＜1mm。為了了解新舊模具對飛邊厚度的影響，分別對新舊模具飛邊的厚度進行測量，測量4個位置如圖4所示。通過測量50件新舊模具飛邊厚度可以看出新模具飛邊厚度都小于舊模具的，說明舊模具R角變大，會造成切邊吃力使得飛邊上翹變形。采用一套終鍛模具配兩套切邊模具的方式進行使用控制。

圖4 飛邊厚度測量

工藝要求切邊溫度為(900±70)℃，利用手持測溫槍現(xiàn)場連續(xù)測量50件切邊溫度，50件都符合要求，CPk=1.3。

正火

生產(chǎn)的K4O臂軸的批次為5154-520D，正火設(shè)備都使用是5#/6#/7#三個臺車爐，設(shè)備正常；工藝要求的加熱+保溫時間是(270±10)min，通過統(tǒng)計升溫時間和保溫時間沒有發(fā)現(xiàn)異常點，只是在復(fù)檢爐溫時爐口和心部存在22℃的溫差；經(jīng)檢測，爐溫差異和保溫時間對產(chǎn)品金相組織的影響不大。

不完全淬火+回火

復(fù)檢工藝執(zhí)行情況時發(fā)現(xiàn)，實際在抽查的過程中，溫控表顯示正常，滿足工藝要求。經(jīng)檢測不完全淬火+回火后產(chǎn)品金相組織和硬度并無異常。

表1 熱處理后三種產(chǎn)品的探傷情況

表2 各批次熱處理狀態(tài)及熱處理后金相組織情況

磁粉探傷

復(fù)檢工藝執(zhí)行情況時發(fā)現(xiàn)磁粉液濃度、電流和電壓參數(shù)都在工藝要求內(nèi)。對5個鍛造批次的鍛件進行復(fù)檢，未發(fā)現(xiàn)分模面磁痕缺陷。

實驗法檢驗可能存在的原因

驗證新、舊模具鍛造過程對磁痕產(chǎn)生的影響

新模具是指新加工的終鍛模具和新的切邊模具，舊模具是指已經(jīng)鍛造720件產(chǎn)品后的終鍛模具。具體的試驗方案為：將舊模具批次修改為5201，鍛打200件鍛件；新模具批次為5202，鍛打500件鍛件；將未切邊的2件5179、1件517C、1件5181、4件5184、4件5186批次產(chǎn)品用氧氣氣割料邊，用砂輪機打磨掉殘余料邊和個別標(biāo)識字母。將上述三種狀態(tài)產(chǎn)品一起正火及不完全淬火+回火后檢測統(tǒng)計磁痕數(shù)量。

在正火過程中，溫度和保溫時間均正常，出爐后將產(chǎn)品傾倒在鋪滿鐵板的地面上，用吹風(fēng)機吹冷，冷卻后抽檢正火后的硬度。在不完全淬火+回火的過程中，溫控表顯示加熱區(qū)實際三個溫度區(qū)的溫度分別為793℃、806℃、801℃滿足要求，淬火介質(zhì)使用無機淬火液（鹽+水），淬火液介質(zhì)溫度30℃，淬火冷卻時間90s，溫控表顯示回火區(qū)實際四個溫度區(qū)的溫度分別為427℃、450℃、542℃、544℃滿足要求。

表1為三種狀態(tài)產(chǎn)品一起正火及不完全淬火+回火后檢測統(tǒng)計磁痕數(shù)量，從檢測結(jié)果來看，新舊切邊模具、新舊鍛造模具與磁痕無直接關(guān)系。

驗證熱處理對金相組織的影響

為了查找正火、不完全淬火+回火對金相組織的影響，對批次為520C、520D、520E、5164的產(chǎn)品分別進行不同方式熱處理后，檢測其金相組織。熱處理狀態(tài)及結(jié)果見表2。

圖5 各批次產(chǎn)品不同熱處理后的金相組織圖

圖5 為各批次產(chǎn)品不同熱處理后的金相組織圖。從檢測結(jié)果來看：正火+不完全淬火+回火的金相組織和正火金相組織沒有明顯變化。

《一種SUV轉(zhuǎn)向臂軸鍛件分模面磁痕分析及鍛造工藝改進》(下)見《鍛造與沖壓》2018年第9期