大型锻件硬度检测技术研究与改进.pdf
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1、 新技术新工艺 2 0 2 3年 第8期 7 6 新技术新工艺 质量与检测大型锻件硬度检测技术研究与改进*王永协,李治涛(中国船舶集团有限公司第七一三研究所,河南 郑州 4 5 0 0 1 5)摘 要:端盖本体是大型锻件毛坯,材料为4 2 C r M o钢,因工件尺寸较大、毛坯面粗糙等,采用传统的便携里氏硬度计会存在检测结果出现偏差,给产品按时交付带来困难。为了解决这一问题,分别采用工件粗车前后对比和本体取样两种硬度检测方案进行探索试验,通过分析检测结果发现,工件粗车后因刀具的挤压作用使工件表面硬度结果偏高,毛坯锻造热处理质量缺陷也会引起工件硬度的不均匀。最后得到了端盖本体锻件毛坯硬度检测的最
2、佳方案,解决了大型工件硬度检测难题,并提高了检测结果的准确性。同时,也为工程实践中大型锻件硬度检测提供了改进方向和理论支撑。关键词:大型锻件;探索试验;硬度检测;最佳方案;理论支撑中图分类号:T G 1 1 5.5 文献标志码:AR e s e a r c h a n d I m p r o v e m e n t o n H a r d n e s s T e s t i n g T e c h n o l o g y f o r L a r g e F o r g i n g sWANG Y o n g x i e,L I Z h i t a o(T h e 7 1 3t h I n s
3、t i t u t e o f C h i n a S t a t e S h i p b u i l d i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 5,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e n d c o v e r b o d y w a s a l a r g e f o r g i n g b l a n k,a n d t h e m a t e r i a l w a s 4 2 C r M o s t e e l.D u e t o t h e l a
4、r g e s i z e o f t h e w o r k p i e c e,r o u g h b l a n k s u r f a c e,e t c.,t h e t r a d i t i o n a l p o r t a b l e L e e b h a r d n e s s t e s t e r w o u l d h a v e i n c o n s i s t e n t t e s t r e s u l t s,w h i c h b r o u g h t d i f f i c u l t i e s t o t h e t i m e l y d e
5、 l i v e r y o f t h e p r o d u c t.I n o r d e r t o s o l v e t h i s p r o b l e m,w e r e s p e c t i v e l y a d o p t e d t w o h a r d n e s s t e s t i n g s c h e m e s o f w o r k p i e c e b e f o r e a n d a f t e r r o u g h t u r n i n g a n d c o v e r b o d y s a m p l i n g.T h r o
6、 u g h t h e a n a l y s i s o f t h e t e s t r e s u l t s,i t w a s f o u n d t h a t t h e s u r f a c e h a r d n e s s o f t h e w o r k p i e c e w a s h i g h d u e t o t h e e x t r u s i o n o f t h e t o o l a f t e r r o u g h t u r n i n g,a n d t h e q u a l i t y d e f e c t s o f b l
7、 a n k f o r g i n g h e a t t r e a t m e n t w o u l d a l s o c a u s e u n e v e n h a r d n e s s o f t h e w o r k p i e c e.F i n a l l y,i t w a s o b t a i n e d t h a t t h e b e s t s c h e m e f o r b l a n k h a r d n e s s t e s t i n g o f e n d c o v e r b o d y f o r g i n g s,w h i
8、 c h s o l v e d t h e p r o b l e m o f h a r d n e s s d e t e c t i o n o f t h e l a r g e w o r k p i e c e a n d i m p r o v e d t h e a c c u r a c y o f t h e d e t e c t i o n r e s u l t s.A t t h e s a m e t i m e,i t a l s o p r o-v i d e d i m p r o v e m e n t d i r e c t i o n a n d t
9、 h e o r e t i c a l s u p p o r t f o r t h e h a r d n e s s t e s t i n g o f l a r g e f o r g i n g s i n e n g i n e e r i n g p r a c t i c e.K e y w o r d s:l a r g e f o r g i n g s,e x p l o r a t o r y e x p e r i m e n t,h a r d n e s s t e s t i n g,b e s t p l a n,t h e o r e t i c a l
10、 s u p p o r t1 引言4 2 C r M o是机械制造业使用最广泛的钢号之一,由于良好的机械力学性能,被广泛应用于航空、舰船等军用领域中,也被锻造成不规则形状大型零部件1。随着船舶行业的快速发展,舰船用机械工件的几何尺寸和重量随之增大,同时对热处理工艺、设备和质量检测也提出了新课题2。可移动大、重型零部件表面硬度的常用方法主要有龙门洛氏 硬度计和 里氏便 携 硬 度 计 检 测 两种3-4。龙门洛氏硬度检测相对里氏法检测的结果准确性更高,但中国船舶集团有限公司第七一三研究所暂没有龙门硬度仪,不具备龙门洛氏法检测条件,一般将端盖本体委托外协厂家进行检测。由于零部件尺寸大,考虑转运、
11、协调等因素,严重影响检验效率和交付节点,同时成本也比较高。里氏硬度检测由于体积小,重量轻,携带方便,检测无需工作台,无论是大、重型工件,还是几何尺寸复杂工件均容易实现硬度检测,对被测工件表面损伤较小,被广泛应用于生产现场。但里氏硬度计物理意义不够明确,这种方法试验力的施加是动态的和冲击的,检测时对工件表面质量要求较高,可重复性差5-6另外,图纸技术要求采用的硬度表达方式代表了相应的设计力学性能需求。在一定载荷、一定检测条件下获取的硬度值,可以准确反映材质经一定的热处理工艺方法后得到的表面硬度、基体硬度。因此,当更换与图纸技术要求不同的硬度检测方法时,必须考虑两种检测方法是否具有互换性7,检测条
12、件是否满足检测要求,检测结果是否能够准确反映出工件真实的硬度值。在实际检测中,也经常出现转换检测方法后检测结果不一致的情况8-9。当前,里氏硬度检测受工件表面粗糙度、碳化层厚度、硬化层深度等影响,与洛氏法相比,影响里氏法测量检测值的因素比较多,即便是同一因素如碳化层,也会影响材质的化学成分,降低表面硬度,减小表面硬化层深度,这些因素综合影响下,导致硬度检测的准确性不高1 0-1 1。对于大型锻件,如何科学有效地利用里氏法检测进行准确测量,成为当下大 质量检测 新技术新工艺 质量与检测7 7 型锻件亟待解决的难题。2 产品现状端盖本体是本所典型的批产大型锻件,其中,锻造为外协工序,入厂后需要复验
13、硬度。图1所示为端盖本体简图,直径为d,厚度为H。端盖本体硬度技术要求为3 23 7 HR C,外协厂家锻件采用洛氏法检测硬度,本所应用便携式里氏法检测工件的表面硬度。图1 端盖本体简图端盖本体利用洛氏法和里氏法检测硬度的结果对比见表1。外协返厂后的硬度复验方法与外协厂家的检测方法不一致,并由此引起检验、生产和外协厂家的争议问题,外协厂家检测结果和本所复验结果存在较大偏差,甚至影响工件合格的判定。表1 里氏法和洛氏法检测结果对比工件编号硬度/HR C里氏法洛氏法差值1#3 3.73 5.01.32#3 2.93 4.31.43#3 4.13 5.21.14#3 5.63 6.81.25#3 3
14、.53 4.81.36#3 4.33 5.71.4 因端盖本体生产批量大,任务急,本所仅有里氏硬度计,利用现有设备,需利用和掌握里氏检测硬度机理,通过硬度检测试验方案,尽快探索出适宜端盖本体检测硬度的最佳方案,确保工件按节点顺利交付。3 试验方案端盖本体硬度检测试验方案的目的是验证工艺改进是否会影响硬度的检测结果。针对工件入厂复验结果一致性差、交付及时性差等问题,通过改进工艺提升检测效率,但不能影响检测的准确性。对于端盖本体的工艺改进主要有如下两种方案,采用两端面粗车前、后硬度检测和本体取样方案探索里氏硬度试验法检测重复性差等问题的根源。3.1 工件粗车前后对比方案3.1.1 端面粗车前后结果
15、对比实施端盖本体检测硬度时,首先根据零件形状特点确定采点位置。第1种方式是在工件检测部位处利用砂轮砂纸手工打磨光滑平整,便携里氏硬度计对工件表面要求比较高,打磨处的粗糙度应达到R a1.6 m,这样可以减小工件表面质量对硬度结果的影响。第2种方式是粗车端面后检测硬度。图2所示为端盖本体机械加工端面示意图。在A、B端面粗车后,表面光滑平整无需打磨,利用便携里氏硬度计检测硬度,这时应注意粗车端面见光即可。图2 端盖本体机械加工端面示意图取两件端盖本体,在相同条件下手工打磨热处理碳化层后检测硬度并记录,同时在采点处做出标记;然后,粗车图2中A、B端面,在相同位置采点打硬度记录数据。表2和表3分别为1
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