鐵素體含量對(duì)QT700-2感應(yīng)淬火硬度的影響

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1 材料說(shuō)明

（1）材料適用 QT700-2為屈服強(qiáng)度≥420MPa的球墨鑄鐵，具有較高強(qiáng)度和耐磨性。我公司生產(chǎn)的行星架類、齒轂類零件，多采用QT700-2材料。為了在零件接觸表面獲得較高的硬度，通常采用感應(yīng)淬火或激光淬火的方式來(lái)提高表面硬度[1]。

（2）化學(xué)成分 QT700-2由材料供需雙方商定，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 QT700-2化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（3）力學(xué)性能 QT700-2力學(xué)性能技術(shù)要求見(jiàn)表2。

表2 QT700-2力學(xué)性能

（4）標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明 按GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》規(guī)定，球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法和化學(xué)成分由供方自行決定，生產(chǎn)方法和化學(xué)成分的選擇滿足標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的性能指標(biāo)即可。球墨鑄鐵的化學(xué)成分不作為鑄件驗(yàn)收的依據(jù)。也就是說(shuō)，球墨鑄鐵件以硬度、強(qiáng)度作為最終驗(yàn)收依據(jù)，基體組織的要求由供需雙方商定。

（5）熱處理技術(shù)要求 對(duì)于有后續(xù)感應(yīng)淬火要求的，僅以硬度和強(qiáng)度作為驗(yàn)收依據(jù)的方案并不適用；供需雙方還應(yīng)增加對(duì)金相組織，尤其是鐵素體含量限制的要求，具體含量要求可根據(jù)零件最終表面硬度決定[2]。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)總結(jié)，目前我公司規(guī)定：無(wú)論是鑄態(tài)還是正火態(tài)QT700-2，如果后續(xù)進(jìn)行感應(yīng)淬火，其鐵素體含量必須＜30%。

2 生產(chǎn)背景

（1）零件簡(jiǎn)介 該零件是我公司生產(chǎn)的某型號(hào)行星架，結(jié)構(gòu)如圖1所示。材料為Q T700-2，要求73m m長(zhǎng)度范圍內(nèi)外圓感應(yīng)淬火，表面硬度≥50HRC，硬化層深≥0.8mm。

圖1 行星架結(jié)構(gòu)

（2）感應(yīng)淬火設(shè)備 在加工該類零件時(shí)，我公司選用無(wú)錫萬(wàn)利GCLS0806型立式感應(yīng)淬火機(jī)床，感應(yīng)加熱電源裝置為GGC150-0.3型，工作頻率為30～40kHz，該頻率可滿足硬化層深≥0.8mm的感應(yīng)淬火要求。

（3）工藝流程 感應(yīng)淬火加工流程為：清洗→裝夾→調(diào)取工藝→選取加熱規(guī)范→加熱→淬火→首檢→微調(diào)參數(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)→回火→終檢。為了確保產(chǎn)品合格率，每次更換產(chǎn)品或更換工裝后，首件調(diào)試完都必須進(jìn)行剖檢，以驗(yàn)證硬化層深、硬化長(zhǎng)度范圍、表面硬度、金相組織等性能指標(biāo)是否符合技術(shù)要求。首檢合格后，再進(jìn)行批量加工。在批量加工完成后，再抽20%零件進(jìn)行硬度檢測(cè)[3]。

3 生產(chǎn)加工

1）加工某一批次的行星架零件共135件。首件調(diào)試合格后，檢測(cè)硬化層深、硬化長(zhǎng)度范圍、表面硬度均符合技術(shù)要求，然后進(jìn)行批量零件感應(yīng)淬火加工。

2）加工到125件零件時(shí)，按照20%比例進(jìn)行硬度抽檢，抽檢出1件硬度不合格零件，其硬度＜50HRC。隨即啟動(dòng)質(zhì)量應(yīng)急措施，未加工零件暫停加工，已加工零件進(jìn)行隔離處理。

3）100%檢測(cè)已加工零件表面硬度，共檢出28件不合格品。

4）核實(shí)毛坯批次，對(duì)庫(kù)存成品零件及待加工零件分別進(jìn)行檢測(cè)處理。

4 質(zhì)量問(wèn)題分析

經(jīng)分析，導(dǎo)致硬度不合格的主要原因有設(shè)備故障、工藝參數(shù)異常、材質(zhì)問(wèn)題三方面，為此針對(duì)以上問(wèn)題逐一進(jìn)行排查。

（1）設(shè)備故障 經(jīng)機(jī)電維修檢測(cè)，感應(yīng)淬火加熱電源、淬火機(jī)床均正常運(yùn)行，電器元器件等檢查均在正常范圍內(nèi)。

（2）工藝參數(shù) 經(jīng)查加工過(guò)程記錄，淬火液濃度、加熱參數(shù)設(shè)置、電參數(shù)記錄均在工藝要求范圍內(nèi)。同時(shí)，對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。

加工剩余10件零件，檢測(cè)后有4件硬度不合格，不合格率高達(dá)40%。加工過(guò)程中，設(shè)備、工藝參數(shù)記錄均無(wú)異常。

（3）材質(zhì)問(wèn)題 對(duì)本批次135件零件進(jìn)行硬度統(tǒng)計(jì)和金相分析，匯總結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 表面硬度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 剖切件金相組織

5 結(jié)果說(shuō)明

1）同一零件毛坯邊部及心部組織基本一致，均為珠光體+石墨+鐵素體；1#、2#、3#剖切件鐵素體含量分別為10%、60%、50%。

2）感應(yīng)淬火后組織均為馬氏體+石墨+滲碳體+鐵素體。其中鐵素體分別有極少數(shù)、50%、20%未轉(zhuǎn)變。

3）2#、3#淬火后鐵素體含量較多，硬度法檢測(cè)硬化層深時(shí)，極易打在石墨和鐵素體上，硬度梯度不均勻，無(wú)法評(píng)判層深。

4）在相同的感應(yīng)透入深度、加熱參數(shù)下，不同的鐵素體含量因轉(zhuǎn)變程度的不同，淬火后其表面硬度、硬化層深均不同。

感應(yīng)淬火后表面硬度、硬化層深達(dá)不到技術(shù)要求，其根本原因在于鐵素體含量超標(biāo)。

6 不合格毛坯補(bǔ)救試驗(yàn)

1）對(duì)于已經(jīng)感應(yīng)淬火的零件，采取二次淬火，表面硬度可提升1～2HRC，但是其金相組織顯示，仍有大量未溶鐵素體存在，故二次淬火返修不可行。

2）對(duì)于未淬火的毛坯，重新進(jìn)行正火處理，金相組織雖有所改善，但是鐵素體含量改善效果不大。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，QT700-2材料的毛坯鐵素體含量對(duì)后續(xù)感應(yīng)淬火影響較大。鐵素體含量因轉(zhuǎn)變程度的不同，感應(yīng)淬火后的表面硬度、硬化層深均不同。

經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，QT700-2毛坯中鐵素含量≤30%時(shí)，感應(yīng)淬火表面硬度≥50HRC；鐵素體含量≤10%時(shí)，感應(yīng)淬火表面硬度≥55HRC；鐵素體含量＞30%時(shí)，感應(yīng)淬火表面硬度＜50HRC。

因此，對(duì)于有后續(xù)淬火要求的QT700-2材料，在毛坯采購(gòu)時(shí)，必須與供應(yīng)商明確鐵素體含量，可根據(jù)具體硬度要求來(lái)確定鐵素體含量。