摘 要:針對(duì)某批次內(nèi)燃機(jī)曲軸用42CrMoA 鋼棒毛坯噴砂后其表面壓痕明顯的問題,采用宏觀 觀察、化學(xué)成分分析、低倍檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)及掃描電鏡分析等方法,對(duì)不同表面質(zhì)量曲軸毛坯所對(duì)應(yīng) 的不同爐次42CrMoA 鋼棒進(jìn)行了研究,并設(shè)計(jì)了改進(jìn)試驗(yàn)方案。結(jié)果表明:曲軸表面壓痕的產(chǎn)生 與棒材原始表面粗糙度無(wú)關(guān),而與棒材原始化學(xué)成分有關(guān)。適當(dāng)?shù)靥岣逽,Al元素含量,并控制 P, Ni,Cu元素含量可改善曲軸毛坯表面的壓痕情況。 

關(guān)鍵詞:42CrMoA 鋼;曲軸;壓痕;化學(xué)成分 

中圖分類號(hào):TG115.2                                                    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                                               文章編號(hào):1001-4012(2022)09-0045-04

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一[1],其工作時(shí)需 要承受氣體壓力、往復(fù)周期性的慣性扭轉(zhuǎn)和撓曲振 動(dòng)帶來的交變載荷沖擊,因此需要曲軸具有較高的 疲勞強(qiáng)度和剛度。曲軸整體鍛造是使其具有連續(xù)、 致密 纖 維 結(jié) 構(gòu) 和 優(yōu) 良 力 學(xué) 性 能 的 必 要 保 證[2-5]。 42CrMoA 鋼屬于中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的一種,其疲勞強(qiáng) 度較高,淬透性較好,無(wú)明顯的回火脆性,調(diào)質(zhì)處理 后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊 韌性良好,適宜制造高強(qiáng)度、大斷面的鍛件,如機(jī)車 牽引用大齒輪,增壓器傳動(dòng)齒輪、曲軸以及發(fā)動(dòng)機(jī)氣 缸等。某批次內(nèi)燃機(jī)曲軸用42CrMoA 鋼棒在曲軸 毛坯噴砂后,發(fā)現(xiàn)其表面壓痕明顯,需要增加一次噴 砂,嚴(yán)重的甚至需要進(jìn)行修磨處理,影響了生產(chǎn)進(jìn)度 和曲軸的整體連續(xù)性。筆者對(duì)不同表面質(zhì)量曲軸毛 坯所對(duì)應(yīng)的不同爐次42CrMoA 鋼棒進(jìn)行一系列理 化檢驗(yàn),以查明壓痕產(chǎn)生的原因。

1 試驗(yàn)材料 

曲軸 毛 坯 的 生 產(chǎn) 工 藝 流 程 為:鋸 切 下 料 → (1260±30)℃感應(yīng)加熱→水除磷→熱模鍛壓力機(jī)→ 切邊→扭轉(zhuǎn)→壓型→空冷→噴砂。一次噴砂后,曲軸 毛坯正常表面及有壓痕表面的宏觀形貌如圖1所示。

經(jīng)跟蹤曲軸毛坯的生產(chǎn)工藝流程,并根據(jù)壓痕 的深度、面積及其覆蓋范圍,初步判斷壓痕的產(chǎn)生與 棒材加熱過程中的氧化鐵皮有關(guān),因曲軸毛坯熱模 鍛過程是按節(jié)拍控制生產(chǎn)速率的,故可排除加熱時(shí) 間的影響。在正常爐次的圓鋼棒材及表面有壓痕的 圓鋼 棒 材 上 取 樣 ,并 分 別 標(biāo) 記 為1 # 試 樣(正 常 爐次),2 # 試樣(有壓痕)。

2 理化檢驗(yàn) 

2.1 宏觀觀察 

對(duì)正常棒材和表面有壓痕棒材進(jìn)行宏觀觀察, 結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,正常棒材表面質(zhì)量 較好,以熱軋黑皮狀態(tài)直接交貨;而在表面有壓痕的 棒材表面發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷,故對(duì)其進(jìn)行了酸洗和磨 光處理,去除了原始熱軋態(tài)的氧化鐵皮。在棒材加 工前,受長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天存儲(chǔ)等因素的影響,表面有 壓痕的棒材表面銹蝕相對(duì)嚴(yán)重。 

2.2 化學(xué)成分分析 

1 # ,2 # 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示,由 表1可以看出,1 # ,2 # 試樣的化學(xué)成分均符合 GB/ T3077—2015 《合金結(jié)構(gòu)鋼》對(duì) 42CrMoA 鋼的要 求,但2 # 試樣中的 S,Al元素含量較1 # 試樣略低, P,Ni,Cu元素含量較1 # 試樣略高。

2.3 低倍檢驗(yàn) 

1 # ,2 # 試樣的低倍組織形貌如圖3所示,可見 1 # 試樣的錠型偏析較2 # 試樣更加嚴(yán)重,1 # ,2 # 試樣 的偏析程度分別評(píng)定為1.0級(jí)和0.5級(jí),其余未見明顯差異。

2.4 金相檢驗(yàn) 

對(duì)1 # ,2 # 試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),其非金屬夾雜物 形貌如圖 4 所 示,顯 微 組 織 形 貌 如 圖 5 所 示。由 圖4可以看出,1 # 試樣硫化物類夾雜的級(jí)別明顯高 于2 # 試樣。由圖5可以看出,1 # ,2 # 試樣顯微組織 相同,均為鐵素體+珠光體。

2.5 掃描電鏡分析

將1 # ,2 # 試樣加熱后,用掃描電鏡(SEM)對(duì)其 表面的氧化鐵皮進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)1 # ,2 # 試樣氧化鐵 皮的組織結(jié)構(gòu)略有差異(見圖6)。

3 改進(jìn)方法

除上述理化檢驗(yàn)外,還對(duì)1 # ,2 # 試樣對(duì)應(yīng)爐次 的原材料進(jìn)行了脫碳層、碳偏析、硬度均勻性等測(cè) 試,發(fā)現(xiàn)1 # ,2 # 試樣的測(cè)試結(jié)果均無(wú)明顯差異。結(jié) 合鋼材表面氧化鐵皮生成、附著的相關(guān)研究[6-10],從 棒材的表面狀態(tài)和化學(xué)成分兩個(gè)因素考慮并設(shè)計(jì)試 驗(yàn),以驗(yàn)證這兩個(gè)因素對(duì)曲軸表面壓痕的改善效果。 對(duì)棒材表面狀態(tài)和化學(xué)成分這兩個(gè)可能的影響 因子,采用多因子、多水平正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)表 格,將6組棒材經(jīng)30min等長(zhǎng)加熱時(shí)間加熱后,用 壓力為15 MPa的高壓水除磷機(jī)進(jìn)行噴淋,對(duì)比其 氧化鐵皮的附著情況,試驗(yàn)方案及驗(yàn)證結(jié)果如表2 所示。由表2可知,氧化鐵皮的附著情況與化學(xué)成 分呈明顯相關(guān)性。噴淋后棒材表面氧化鐵皮的附著 情況如圖7所示。

4 結(jié)論 

(1)曲軸用42CrMoA 鋼表面壓痕的產(chǎn)生與棒 材原始表面狀態(tài)(即粗糙度)無(wú)明顯相關(guān)性。 

(2)曲軸用42CrMoA 鋼表面壓痕的產(chǎn)生與棒 材原始化學(xué)成分呈明顯相關(guān)性,適當(dāng)?shù)靥岣?S,Al 元素含量和控制 P,Ni,Cu元素含量可改善曲軸毛 坯表面的壓痕情況。

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<文章來源>材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 9期 (pp:45-48)>