C客戶軸套理化檢驗(yàn)方法的建立和質(zhì)量分析

李夏青

（福建龍溪軸承（集團(tuán)）股份有限公司，福建 漳州 363000）

0 概述

在C 客戶軸套產(chǎn)品的試制開始時(shí)，公司無相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法，只有大量關(guān)于 C 客戶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法的電子文檔，而在C 客戶公司標(biāo)準(zhǔn)和方法中并無指導(dǎo)金相檢驗(yàn)的相關(guān)文件或資料。因此，為了產(chǎn)品試制和生產(chǎn)的需要，亟需對(duì)C 客戶標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行消化、吸收，并從這些標(biāo)準(zhǔn)和方法中選出具有指導(dǎo)意義的資料，應(yīng)用于試制過程中，然后，再?gòu)脑囍坪蜕a(chǎn)過程中總結(jié)出檢測(cè)的方法和經(jīng)驗(yàn)，建立C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗(yàn)指導(dǎo)書，來滿足公司C 客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)的需要。

1 課題試驗(yàn)的內(nèi)容

1.1 標(biāo)準(zhǔn)的識(shí)別

C 客戶軸套產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目組成員負(fù)責(zé)C 客戶軸套產(chǎn)品金相檢驗(yàn)方法的建立。C 客戶軸套產(chǎn)品開始試制后，共陸續(xù)接到公司技術(shù)部門傳送的英文版電子文檔約84 份，標(biāo)準(zhǔn)的范圍包括材料標(biāo)準(zhǔn)、尺寸標(biāo)準(zhǔn)、熱處理標(biāo)準(zhǔn)、表面要求標(biāo)準(zhǔn)以及這些標(biāo)準(zhǔn)所涉及的檢驗(yàn)方法等。經(jīng)過初步瀏覽，梳理出與理化檢驗(yàn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將其歸類，見表1，表1 將其與相關(guān)的國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行了比較。

表1 C 客戶軸套產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及與國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表

1.2 標(biāo)準(zhǔn)的理解

公司的C 客戶軸套產(chǎn)品從20Cr 鋼制9R4110 滲碳軸套開始試制。試制初期，滲碳件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的主要是C 客戶標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用前，要進(jìn)行準(zhǔn)備工作，主要是分析各種滲碳顯微組織的形成機(jī)理和組織特征，從中熟悉各種組織的評(píng)判依據(jù)和方法，然后在產(chǎn)品試制過程中對(duì)顯微組織進(jìn)行分析。同時(shí)，通過查尋資料和購(gòu)買書籍和浸蝕劑，為晶粒度的浸蝕顯示做準(zhǔn)備。

2 試驗(yàn)

2.1 顯微組織分析

為確保各滲碳顯微組織等項(xiàng)目檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在顯微組織檢驗(yàn)之前，需要根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)位置的特點(diǎn)來保護(hù)試樣。對(duì)于滲碳件樣品，采用了熱固性鑲嵌法[1]，來保護(hù)試樣的邊緣，同時(shí)采用0.1 μm 金剛石拋光劑進(jìn)行最后拋光，以確保組織細(xì)節(jié)的清晰，從而進(jìn)一步保證組織評(píng)定的準(zhǔn)確性。

2.1.1 滲碳軸套顯微組織分析

滲碳軸套顯微組織檢驗(yàn)項(xiàng)目包括殘余奧氏體、表層碳化物、表層氧化物、脫碳層、表面貝氏體/珠光體、次表層貝氏體、顯微裂紋和心部鐵素體。顯微組織項(xiàng)目的檢驗(yàn)方法歸納見表2。

表2 滲碳軸套熱處理或磨加工后檢測(cè)項(xiàng)目、位置、檢驗(yàn)依據(jù)和判定依據(jù)明細(xì)表

2.1.2 直淬軸套的顯微組織分析

直淬軸套的顯微組織檢驗(yàn)項(xiàng)目包括馬氏體和屈氏體，顯微組織項(xiàng)目的檢驗(yàn)方法歸納見表3。C 客戶標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在距表面0.5 mm 內(nèi)不允許存在非馬氏體組織。試制的結(jié)果如下。對(duì)于屈氏體項(xiàng)目，C 客戶標(biāo)準(zhǔn)比JB/T 1255 更為嚴(yán)格，例如某型號(hào)軸套，按C 客戶標(biāo)準(zhǔn)判定，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)屈氏體項(xiàng)目不合格的情況，經(jīng)過多次工藝試驗(yàn)仍然難以達(dá)到要求。向C 客戶提供符合JB/T 1255 的樣品時(shí)，C 客戶方面沒有否定。因此，熱處理工序的金相檢驗(yàn)采依然采用JB/T 1255 標(biāo)準(zhǔn)，而軸套磨加工后，在進(jìn)行檢測(cè)并向C 客戶提供報(bào)告時(shí)，檢測(cè)依據(jù)為C 客戶標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)對(duì)方也未對(duì)屈氏體檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判定。

表3 直淬軸套熱處理或磨加工后檢測(cè)項(xiàng)目、位置、檢驗(yàn)依據(jù)和判定依據(jù)明細(xì)表

2.2 晶粒度試驗(yàn)

從一般的熱處理工藝曲線可知，熱處理工藝包括了3 個(gè)最關(guān)鍵要素，即加熱、保溫和冷卻，通過對(duì)熱處理工藝的嚴(yán)格控制使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求[2]。根據(jù)熱處理后的產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)結(jié)果，可反映出熱處理工藝的控制水平。例如，晶粒度和馬氏體與熱處理工藝過程中的加熱、保溫關(guān)系密切，所以對(duì)熱處理加熱、保溫以及相關(guān)的質(zhì)量控制往往是選擇相對(duì)應(yīng)檢測(cè)項(xiàng)目。目前，在我國(guó)與軸承零件相關(guān)的熱處理質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)中，大多采用馬氏體控制方法，例如某公司目前執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》就是采用馬氏體控制方法，而對(duì)晶粒度的檢驗(yàn)沒有要求。與我國(guó)不同的是，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)大多采用晶粒度控制方法，C 客戶標(biāo)準(zhǔn)也是如此，著重強(qiáng)調(diào)了晶粒度的控制。然而，在JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)修訂意見稿中，提出了對(duì)晶粒度的質(zhì)量的檢驗(yàn)要求。由此可見，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正向國(guó)際化方向發(fā)展。

進(jìn)行晶粒度試驗(yàn)時(shí)，首先選擇20Cr 鋼制零件作為試驗(yàn)材料，并根據(jù)GB/T 6394 標(biāo)準(zhǔn)選擇浸蝕劑配方。由于GB/T 6394標(biāo)準(zhǔn)沒有提供浸蝕溫度和浸蝕時(shí)間，所以即使有合適的浸蝕劑配方，在室溫下仍不能顯示晶粒。通過查尋相關(guān)資料，試驗(yàn)時(shí)采用過幾種不同的浸蝕溫度來顯示晶粒，但是相同配方在不同的溫度下晶粒的顯示速度各有不同，為了今后的檢驗(yàn)操作更為方便和更具復(fù)現(xiàn)性，研究人員確定實(shí)驗(yàn)時(shí)采用100 ℃的高溫進(jìn)行加熱。通過對(duì)不同的顯示劑配方，在100 ℃下進(jìn)行不同時(shí)間的浸蝕，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)可以得出不同配方的最佳顯示效果，不同的浸蝕劑配方、浸蝕溫度和浸蝕時(shí)間搭配最終呈現(xiàn)的顯示效果見表4，浸蝕后典型顯示效果如圖1 所示。經(jīng)過一段時(shí)間的大量試驗(yàn)，研究人員逐漸掌握了20Cr 鋼和GCr15鋼的晶粒度顯示技術(shù)。最終確定了20Cr 鋼和GCr15 鋼原奧氏體晶粒度的浸蝕方法[1]：浸蝕劑為5 g 苦味酸、4 g 十二烷基苯磺酸鈉、4 滴雙氧水、100 mL 蒸餾水和少許鋼片，浸蝕溫度為100 ℃，浸蝕時(shí)間為50 s[1]。從試驗(yàn)的結(jié)果看，加入少許鋼片可防止試樣過度氧化。

圖1 浸蝕后幾個(gè)典型的顯示效果圖

表4 浸蝕劑配方與浸蝕溫度和浸蝕時(shí)間

2.3 滲碳淬火硬化層試驗(yàn)

滲碳淬火硬化層的試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9450《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在與客戶無特殊約定的情況下，滲碳淬火硬化層測(cè)試時(shí)，所采用的測(cè)試力為4.9 N～9.8 N。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在向C 客戶提供的首份檢驗(yàn)報(bào)告中滲碳淬火硬化層的測(cè)試采用了9.8 N 測(cè)試力測(cè)試力，C 客戶對(duì)此沒有提出異議。但C 客戶在樣品接收檢驗(yàn)時(shí)，提出了滲碳淬火硬化層測(cè)試須采用4.9 N 測(cè)試力。因此，在隨后的C 客戶軸套產(chǎn)品檢驗(yàn)中，均采用C 客戶規(guī)定的方法，即當(dāng)指定的最小表面硬度大于或者等于洛氏硬度55 HRC 時(shí)，測(cè)至洛氏硬度50 HRC。當(dāng)指定的最小表面硬度小于洛氏硬度55 HRC 時(shí)，測(cè)至比指定的最小表面硬度小5 HRC。該測(cè)試可以通過適當(dāng)?shù)娘@微硬度計(jì)來進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)試時(shí)的測(cè)試力為4.9 N，硬度轉(zhuǎn)換應(yīng)該與ASTM E140“金屬標(biāo)準(zhǔn)硬度轉(zhuǎn)換表”或者SAE J417B“硬度測(cè)試和硬度值轉(zhuǎn)換”一致。我國(guó)的硬度轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 1172《黑色金屬硬度換算表》，經(jīng)比較，ASTM E140“金屬標(biāo)準(zhǔn)硬度轉(zhuǎn)換表”與GB/T 1172《黑色金屬硬度換算表》基本一致。

3 理化檢驗(yàn)方法的建立

建立C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗(yàn)方法的主要依據(jù)有以下3個(gè)方面：1）采用與C 客戶相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及ASTM 標(biāo)準(zhǔn)等等效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如GB/T 3077《合金結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 18254《高碳鉻軸承鋼》、GB/T 9450《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》、GB/T 230.1《金屬洛氏硬度試驗(yàn) 第1 部分：試驗(yàn)方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）》、GB/T 6394《金屬平均晶粒度測(cè)定法》、GB/T 10561《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》和GB/T 4340.1《金屬維氏硬度試驗(yàn) 第1 部分：試驗(yàn)方法》。2）參照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》中所規(guī)定的試驗(yàn)方法。3）在C 客戶軸套產(chǎn)品在試制和生產(chǎn)過程中，其使用到的方法包括晶粒度的試驗(yàn)方法、滲碳淬火硬化層的檢測(cè)方法和金相試樣鑲嵌方法以及試樣取樣中的取樣位置和檢測(cè)位置的合理性以及組織特征與判定的方法等。

4 C 客戶軸套產(chǎn)品質(zhì)量分析與熱處理工藝的指導(dǎo)

以滲碳產(chǎn)品的晶粒度問題與滲碳件二次淬火工藝的應(yīng)用為例。C 客戶滲碳軸套采用20Cr 鋼。20Cr 鋼屬于本質(zhì)粗晶粒鋼，在滲碳加熱的過程中，隨著溫度的升高，本質(zhì)粗晶粒鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度越快，在加熱后直接進(jìn)行淬火處理，隨著滲碳層深度的增加（實(shí)際常常也是加熱保溫時(shí)間的延長(zhǎng)），晶粒度很難達(dá)到≥5 級(jí)的要求。所以20Cr 鋼在常規(guī)的滲碳工藝中，一般采用滲碳為緩冷為加熱為淬火工藝，這種工藝可以細(xì)化滲碳時(shí)產(chǎn)生的粗大晶粒，從而滿足晶粒度要求[3]。而某公司產(chǎn)品試制初期，20Cr 鋼滲碳軸套采用的熱處理工藝為滲碳為直接淬火工藝，所以在滲碳淬火硬化層深度≥1 mm 時(shí)，晶粒度一般情況下都不合格。在分析了晶粒粗大的原因后，C 客戶的滲碳鋼軸套采用了滲碳為緩冷為加熱為淬火即二次淬火工藝，從根本上解決了晶粒度不合格的問題。

5 結(jié)論

該文對(duì)C 客戶新標(biāo)準(zhǔn)和新方法的認(rèn)識(shí)、歸納和選用以及這些標(biāo)準(zhǔn)在試制和生產(chǎn)過程中所開展的試驗(yàn)和應(yīng)用進(jìn)行了論述，著重介紹了晶粒度試驗(yàn)過程和20Cr 晶粒度浸蝕顯示方法的確定，可以得出以下結(jié)論：1）通過多次與C 客戶技術(shù)指導(dǎo)的交流和對(duì)C 客戶公司標(biāo)準(zhǔn)的消化吸收，研究人員熟練掌握了C 客戶軸套產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及與這些標(biāo)準(zhǔn)所包括的對(duì)熱處理質(zhì)量控制的檢測(cè)意義。在與C 客戶交流的過程中，較好地展示了該公司理化檢測(cè)的水平，贏得了C 客戶技術(shù)指導(dǎo)的認(rèn)可。2）編制了《C 客戶軸套產(chǎn)品理化檢驗(yàn)指導(dǎo)書》，該指導(dǎo)書所涉及的原材料已經(jīng)進(jìn)行了檢驗(yàn)，在熱處理工序和磨加工后的理化檢驗(yàn)中得到了應(yīng)用，C 客戶產(chǎn)品的檢測(cè)具有充分的檢測(cè)依據(jù)。3）解決了晶粒度等熱處理指標(biāo)的檢驗(yàn)問題，不僅可以滿足C 客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，也為今后新版的JB/T 1255 及GB/T 34891、JB/T 8881 標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行做好了技術(shù)準(zhǔn)備。