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| 旋耕刀生产加工开裂分析 |
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某旋耕刀生产厂使用60Si2Mn材质、（9.5×90）mm直角扁钢加工旋耕刀（见图1），在初期加热变形时，出现开裂现象（见图2）。经了解，生产工艺为：下料→剪切→加热→第1次变形→压边→变轧→第2次变形→冲孔→折弯→开刃→淬火→回火→表面处理→喷漆。经确认，开裂问题发生在第1次变形处理时。1.现场生产调查生产厂为新建厂，所有设备均为新设备，投产刚刚半年，我们对第1次变形及之前生产工艺进行现场了解观察，原材料下料正常,剪切形状规整（图3），随后进行加热，加热采用电磁感应加热设备，材料从进炉到出炉约6s,加热温度不详，温度改变通过调节电流大小进行。第1次变形时，观察变形生产100片，26片开裂，开裂处均为受力变形外弧面，位置不固定，相同点为26片开裂断口相同，开裂断口无金属光泽，断面呈渣状。厂房相对封闭，设备紧凑，生产节奏较快。每天产生约5000片。2.发现生产现场存在的问题（1）现场观察实际生产，发现材料加热温度较高，材料出炉颜色呈亮白色（见图4）。（2）加热工对感应加热炉设备加热温度不详，温度仅凭个人感觉，设备温度变动随意。（3）员工不了解加热温度过高会对金属材料产生哪些影响，只是片面追求产量。（4）作业指导书内容比较简单。（5）员工无具体生产培训，无生产经验不足。3.原材料各项技术指标检验（1）化学成分分析在原材料上随机取样3支样品用瑞士ARL直读光谱仪进行化学成分分析，检测结果见表1。可以看出化学成分含量符合 GB/T1222—2007 弹簧钢标准技术要求。表1化学成分（质量分数）检测结果 （%）类别编号CSiMnPSCrNiCuAl原材料试样10.611.760.800.0210.0050.120.010.010.00620.591.770.810.0160.0060.120.010.010.01030.591.740.790.0180.0060.120.020.020.005标准值0.56~0.641.50~2.000.70~1.00≤0.035≤0.035≤0.35≤0.35≤0.25-（2）力学性能及布氏硬度在扁钢原材料上取样进行力学性能及布氏硬度检验,检验结果见表2，由表2检测结果可知材料力学性能及布氏硬度均符合 GB/T1222—2007 弹簧钢标准技术要求。表2力学性能及布氏硬度检测结果类别编号Rm/MPaRp0.2/MPaA11.3（%）Z（%）布氏硬度HBW原材料115001390732297215301360732302315201360733300标准值≥1275≥1180≥5≥25≤321（3）金相检验及低倍组织检验在扁钢原材料上取样进行金相检验及低倍热酸浸蚀检验,检验结果见表3，由表3检测结果可知原材料的金相（图5、图6）及低倍检验结果符合GB/T1222—2007 弹簧钢标准技术要求。表3 金相检验及低倍检验结果类别编号非金属夹杂物（级）显微组织总脱碳层深度/mm锭形偏析（级）一般疏松（级）中心疏松（级）原材料1A1.5B0.5—D1P+F0.1900.51.02A1.5——D1P+F0.1700.51.03A2—C1D1P+F0.1700.51.0标准值≤2.5≤2.5≤2.0≤2.0—≤0.22≤2.5≤2.5≤2.54.加工开裂与未开裂试样检验随机选取第1次变形处理开裂试样（见图7）与第1次变形处理未开裂试样（见图8），分别在相同的部位取样进行显微观察，结果如下：（1）第1次变形处理开裂试样观察开裂断口，形貌呈“豆腐渣”状，断口无金属光泽，在断口附近取样进行显微观察，断口附近裂纹呈网络状沿晶开裂，晶界上有氧化物，形貌如图9～12所示。浸蚀后，断口附近组织形貌如图13～16所示，晶粒粗大，少量晶界融化开裂，局部晶界氧化。观察材料表面组织晶粒异常粗大，组织形貌见图17。（2）第1次变形处理未开裂试样在与开裂试样相同位置取样进行显微观察，试样表面完好无开裂，抛光态显微形貌未发现异常，浸蚀后观察显微组织形貌，发现内部也有少量晶界融化、沿晶开裂的裂纹，缺陷组织形貌如图18～20所示，表面组织晶粒也粗大，组织形貌如图21所示。5.综述（1）原材料各项性能检验指标结果均符合国标技术标准要求，开裂主要原因是由于材料下料后加热不当，出现过烧现象，使晶界氧化和开裂，破坏了金属基体的连续性，使晶间结合力大为降低或完全失效，加热温度过高也使晶粒变的异常粗大，也大大降低了材料的各项力学性能，致使在后期变形应力作用下沿晶界开裂。（2）加工未开裂的样品，晶粒也粗大化，内部也存在显微裂纹及晶界融化开裂现象，虽然变形加工未开裂，但这些缺陷的存在，在后期的热处理过程中（或成品使用中）也会是潜在的失效源，容易在这些缺陷处形成应力集中，导致材料失效。（3）作业指导书比较简单，对材料加热温度控制无详细说明，操作工经验相对匮乏，对材料加热知识了解较少，加热设备无专人管理，任何人可随意调动（据了解，工人反映，加热温度低，后期加工材料降温太快，增加磨具损耗，加工困难且噪音变大，降低产量）。6.建议（1）培养员工质量意识，规范员工生产操作，鼓励员工学习相关生产专业知识，提升专业技能。（2）优化、细化生产作业指导书，对加热工艺进行细致说明，定期对员工进行生产培训。（3）加热设备应专人管理，加热温度不能随意调动，严格按照作业指导书执行，增加温度监控显示设备，方便实时观察，防止出现过烧、过热等缺陷的产生。
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