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針閥體零件是液壓泵的重要零件，材料為27SiMnMoV鋼。針閥體熱處理工藝為：900℃x4h固體滲碳，880℃x50min保溫后淬油，油溫度為（30-40）℃，油冷8min，-70℃×0.5h冷處理，280℃x4h回火。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，滲碳淬火后，出現(xiàn)批量零件斷裂失效，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，并造成經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)研究其原因，發(fā)現(xiàn)采用中頻加熱設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)淬火，效果良好。
針對針閥體斷裂失效進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。從針閥體斷裂宏觀形貌上可以看出，斷裂均起源于頭部內(nèi)孔并向外擴(kuò)展，斷口外緣周邊呈剪切唇狀似終斷裂區(qū)域；針閥在回火前已發(fā)生開裂，裂紋擴(kuò)展斷裂的斷口面在回火中被氧化呈藍(lán)色。金相觀察發(fā)現(xiàn)，開裂起源于內(nèi)孔處，裂紋產(chǎn)生在內(nèi)孔周邊處并向外呈放射性擴(kuò)展形貌。
針閥體金相組織為大顆粒狀合金碳化物在淬火馬氏體內(nèi)孔表面聚集。電子探針分析表明，試件碳化物聚集區(qū)域碳濃度很高，靠近工件表面處碳濃度梯度很陡，變化劇烈。
從上述檢驗(yàn)分析可以看出，零件斷裂起源于頭部內(nèi)孔；表層組織為淬火和回火馬氏體及聚集于內(nèi)孔表面處的大顆粒合金碳化物；工件表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，約達(dá)1.2%；表層碳化物數(shù)量多且聚集，因而表層碳濃度梯度很陡，這些因素造成孔周圍處應(yīng)力集中（同時(shí)有結(jié)構(gòu)因素），形成裂紋萌生源。在淬火中，零件形成馬氏體和較多殘留奧氏體，而冷處理使大量殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，造成工件表層存在較大殘余應(yīng)力（組織應(yīng)力）。另外，工件淬火時(shí)，閥體內(nèi)腔狹小及頭部小油孔不利于淬火介質(zhì)流動(dòng)，冷卻效果差，造成頭部外表面冷卻快，內(nèi)孔冷卻慢，形成一定的內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力）。上述各種內(nèi)應(yīng)力綜合作用和內(nèi)孔處應(yīng)力集中疊加作用，內(nèi)孔處裂紋源迅速擴(kuò)展，并使針閥體發(fā)生斷裂。
為防止針閥體斷裂失效，工藝改進(jìn)如下：
（1）改滲碳加熱為采用中頻加熱設(shè)備進(jìn)行的感應(yīng)加熱，溫度由滲碳的900℃改為880℃，降低溫度有利于減少熱應(yīng)力，并使晶粒較細(xì)，碳化物顆粒長大和聚集也將較為緩和。
（2）合理控制冷處理和回火工藝操作，適當(dāng)延長回火時(shí)間，消除殘留應(yīng)力。冷處理和回火處理在前工序后立即進(jìn)行，停留時(shí)間小于0.5h。
采用中頻加熱設(shè)備進(jìn)行淬火熱處理后，針閥體未出現(xiàn)斷裂失效現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到技術(shù)要求指標(biāo)，更重要的是適合大批量大規(guī)模生產(chǎn)。
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