20CrMnTi鋼銷套熱處理不良的失效分析及對策

劉美娜，黃桂華，朱來鎖，楊繼剛

山推工程機械股份有限公司履帶底盤分公司 山東濟寧 272073

1 序言

20CrMnTi作為我公司常用的一種滲碳鋼，主要用于推土機上有耐磨要求的零件，如齒輪、履帶銷套等，其中履帶銷套是履帶推土機行走機構(gòu)的易損件，不僅要求銷套具有高的耐磨性能，還要有良好的沖擊韌度。在實際生產(chǎn)過程中，20CrMnTi鋼履帶銷套的熱處理工藝較為復(fù)雜，先采用滲碳爐進(jìn)行表面氣體滲碳，使內(nèi)外表面的碳濃度達(dá)到0.7%～0.9%，便于提高淬火的表面硬度。滲碳的銷套緩冷之后采用通過式連續(xù)感應(yīng)熱處理工藝進(jìn)行銷套感應(yīng)淬火、回火，使內(nèi)外表面硬度達(dá)到58～63HRC、內(nèi)外硬化層深2.2～3.5mm、心部硬度30～45HRC[1]要求 ，這樣就保證了“外硬而心韌”的使用需求，提高銷套的使用壽命。

我公司采用通過式連續(xù)感應(yīng)熱處理工藝，由于銷套首尾相連進(jìn)行通過式連續(xù)淬火和回火，因此淬火效率比單個零件進(jìn)行感應(yīng)加熱效率高至少3倍。相比單件的感應(yīng)熱處理工藝，這種通過式的連續(xù)感應(yīng)熱處理工藝對質(zhì)量控制的要求更高，對人員技能、設(shè)備的可靠性等要求也高。近期裝配時發(fā)現(xiàn)一種熱處理后的20CrMnTi鋼銷套壓裝時無法壓入，在排除了壓裝設(shè)備的問題后，根據(jù)硬度檢測初步判定是由于20CrMnTi鋼銷套的熱處理硬度不良造成的，拆解后造成了鏈軌合件的報廢，直接產(chǎn)生了經(jīng)濟損失，并且影響了生產(chǎn)的連續(xù)性，因此需要立刻隔離問題件，并調(diào)查原因及制定對策，防止再次發(fā)生該類問題。

2 20CrMnTi鋼銷套硬度不良的現(xiàn)狀調(diào)查

對拆解后的20CrMnTi鋼銷套進(jìn)行銷套硬度檢測，要求值為58～63HRC，實測值為26.5～40HRC，20CrMnTi鋼銷套硬度不良件拆解后外觀如圖1所示。采用便攜硬度計對隔離的1000件20CrMnTi鋼銷套進(jìn)行硬度檢測，發(fā)現(xiàn)不良品2件，判定為非批量質(zhì)量問題，需要對異常件進(jìn)行剖切檢測。

圖1 20CrMnTi銷套硬度不良拆解后外觀

3 20CrMnTi鋼銷套表面硬度不良的原因分析

表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，剖切及檢測位置如圖2所示，金相組織及硬度檢測結(jié)果見表2。

表2 20CrMnTi鋼銷套金相組織和硬度檢測結(jié)果

圖2 20CrMnTi鋼銷套剖切位置示意

表1 表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖3 表面硬度低的銷套B—B剖面金相組織

圖4 表面硬度低的銷套A—A剖面金相組織

圖5 未感應(yīng)熱處理的滲碳銷套金相組織

為了判定表面硬度低的20CrMnTi鋼銷套的狀態(tài)，對不良件按圖2所示的A—A和B—B位置進(jìn)行環(huán)狀剖切后對其截面硬度及組織與未熱處理的滲碳套進(jìn)行對比。由對比結(jié)果可知，表面硬度低的20CrMnTi鋼銷套外層金相組織晶粒度比未熱處理的滲碳套細(xì)，內(nèi)層保持滲碳狀組織，根據(jù)金相組織判定該異常銷套的A—A剖面加熱不充分且快速冷卻，導(dǎo)致外層組織細(xì)化（相當(dāng)于正火），內(nèi)層保持滲碳后原始組織，表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的硬度與滲碳后未進(jìn)行熱處理件的硬度相當(dāng)。而異常套的B—B剖面內(nèi)外表面硬度滿足58～63HRC要求，內(nèi)外硬化層深滿足2.2～3.5mm要求，心部硬度滿足30～45HRC的要求，無網(wǎng)狀碳化物，為合格件，因此判定此表面硬度低的異常套的B—B部分進(jìn)行了淬火及回火，而A—A部分僅進(jìn)行了加熱但加熱的功率不夠或未冷卻而造成的局部硬度不良。

根據(jù)剖切結(jié)果推斷的原因分析，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，由生產(chǎn)日志調(diào)出本批次的自檢記錄及作業(yè)日報，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在設(shè)備不穩(wěn)定的情況，設(shè)備淬火功率存在異常，中間進(jìn)行了設(shè)備的維修，設(shè)備功率不夠時操作人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，而銷套始終在首尾連接地連續(xù)運轉(zhuǎn)，過程中加熱不良件落入筐中，操作者也未發(fā)現(xiàn)。在作業(yè)現(xiàn)場驗證是否由于功率較低導(dǎo)致的表面硬度不足，在連續(xù)工作時，人為將設(shè)備的功率調(diào)低后進(jìn)行淬火，硬度檢測發(fā)現(xiàn)同一個銷套一半硬度合格，另一半硬度不合格，與故障件相同。因而判定設(shè)備故障導(dǎo)致的加熱功率不足和人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，是不良件產(chǎn)生和流出的主要原因。

4 改善20CrMnTi鋼銷套表面硬度不良的對策

為了避免設(shè)備故障（功率降低）導(dǎo)致的熱處理硬度不良的發(fā)生，車間和工藝部門從源頭進(jìn)行改善，制定如下對策。

1）對設(shè)備安裝功率監(jiān)控程序，當(dāng)功率低于工藝要求的10%時立刻進(jìn)行聲光報警，提示操作者查看設(shè)備問題，使設(shè)備問題能夠得到及時發(fā)現(xiàn)并維修解決。

2）對操作者進(jìn)行銷套的熱處理顏色的區(qū)分培訓(xùn)，使其掌握滲碳件、已經(jīng)淬回火合格件、功率異常件的表面顏色的異同，進(jìn)而在觀察工件擺放到料框里的過程中能夠發(fā)現(xiàn)異常，避免不良件流出。

3）注意天氣變化對設(shè)備元器件的影響，尤其極寒和炎熱的天氣更應(yīng)注意對設(shè)備的保養(yǎng)，設(shè)備檢驗項目增加對環(huán)境溫度的確認(rèn)，確保寒流極端天氣設(shè)備水保持循環(huán)。

4）對操作者進(jìn)行異常情況處理的培訓(xùn)，做好對不良件的隔離及標(biāo)識。

通過幾個月的連續(xù)跟蹤，未再發(fā)生此類質(zhì)量問題，改善對策有效。

5 結(jié)束語

通過對表面硬度不良20CrMnTi鋼銷套的調(diào)研與分析，找出了其表面硬度不良產(chǎn)生的原因，并采取多種方法進(jìn)行了改善。通過增加安裝設(shè)備功率監(jiān)控程序，當(dāng)功率低于工藝要求的10%時，立刻進(jìn)行聲光報警，提示操作者查看設(shè)備問題，使設(shè)備問題能夠得到及時發(fā)現(xiàn)并維修解決，對防止不良件流出和過程監(jiān)控起到了很好的作用，解決了因設(shè)備故障導(dǎo)致不良件產(chǎn)生而無法有效監(jiān)控的問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。