如何较好地解次联轴器钢片断问题

1钢片断裂的原因分析

钢片联轴器钢片的断裂一般有下面三个方面的因素:

(l)钢片原材料供应状态所确定的厚度、硬度及化学成分不合格;

(2)钢片零件的冷热加工工艺过程保证不了钢片产品图纸所规定的尺寸及技术要求;

(3)钢片及其相关零件不合格，构成的联轴器总成装机后导致喷油泵凸轮抽与柴油机驱动

轴的不同轴超差。

针对上述三方面因素，通过对大量联轴器的检查分析，尤其是对装机断裂的钢片进行了全

面认真的分析，得出的实际结论是:因素(3)不存在(在国外有关油泵油嘴公司的产品图纸中，

所要求的指标是:轴线倾斜不大于0.50，轴线偏移不大于0.3mm)，而(1)、(2)两条因素才是

导致钢片断裂的主要原因。下表给出了我厂与日本钢片的硬度及化学成分对照值。

由表可知旧本钢片为碳素弹簧钢S58C。根据日本钢片的化学成分及其硬度，并观察分

析其金相组织，推断出日本样件采用了淬火加中温回火的热处理工艺。如此可以得到较为细

密的球形颗粒状回火屈氏体组织，这种热处理工艺特点是在照顾到零件有一定韧性的条件下，具有高弹性和屈服极限，因而，钢片件的使用寿命大大提高。

我厂生产的钢片开始是以热轧钢板(YB204一63)为原料，并保持原材料的金相组织。主

要是考虑到薄壁钢片件热处理时的脱碳和变形不易控制，硬度也就难以保证，因而，最终未能对钢片件施行热处理。若选用热处理冷轧弹簧钢(GB3530一83)，由于材料较硬，冷冲加工比较困难。热轧65Mn钢板的金相组织为球化退火状态，它的球状珠光体的大小、疏密状态均不如经回火校平的好，其硬度206HV5也是过软且无弹性的。因此，传递扭矩的能力不够造成塑性断裂。

钢片件原材料的厚度偏差及钢带表面质量是个不容忽视的大问题。因为由GB708一65‘

规定的0.smm厚热轧钢板(YB204一63)厚度偏差虽说只有士0.05mm，但对于公称尺寸

0.smm的钢板来说，士0.05mm的厚度偏差已是一个不小的误差值，且表面质量若选用较低

级时，对于随发动机转速急升急降、喷油泵负荷忽加忽减而传递交变扭转动力的钢片件来讲是非常危险的。因为，仅有0.smm厚的钢片表面上，肉眼可见的任何微观缺陷都是产生较大应力集中而最终导致钢片疲劳断裂的根源。国产冷轧65Mn钢带的厚度为减公差，即使高精度的0.smm厚度公差也不过组.。3。而日本型材标准，其0.smm厚度公差为士0.015mm。我们把日本钢片样件的表面质量进行了仔细的测定分析，并在150X的显微镜下观察比较，发现只有国产65Mn冷轧钢带的I级表面质量才可与日本样件相媲美。

2解决钢片断裂的新工艺

最初，我们选用国产合金结构钢热轧钢板65Mn(YB204一63)不仅成零件后的硬度、厚度

精度均偏低，而且加工的工艺过程简单而不够完善。如下是改进前后的工艺对比:

改进前:备料~冲出必110圆片~去毛刺~清洗~冲出周边孔4一必13Cn和中孔必

52Cll~升毛刺~清洗~检验一镀锌~检验~入库。

改进后:备料一冲出必110圆片~去毛刺一清洗一冲出周边孔4一必13Cn和中孔必

52Cn一去毛刺~回火校平一清洗一检验一真空脱气净化~渗氮~检验~入库。

可以看出，工艺改进后虽然增添了几道工序，成本有所上升，但对钢片件的内在质量提高

却是实实在在的。鉴于上述钢片断裂原因分析，改进工艺后，我们首先改选原材料为弹簧钢冷轧钢带65Mn一J一x一BQ一卜0.5xll5一GB3525一83，并提出了300~350HV5的特殊要求，其材料供货状态及钢片回火校平后的金相组织冷轧前经球化退火处理，其球化体是由铁素体.与球状渗碳体机械混合物组成，这种球化体比层片状珠光体与网状二次渗碳体的硬度低得多，因而使原材料获得最佳的塑性和较低的硬度，大大便于冷挤、冷拉和冷冲等冷成形加工。选用65Mn冷轧钢带，而不选用热处理弹簧冷轧钢带，理由是前者在渗氮后的心部塑性较好，钢片件不易脆断，同时，鉴于国内外渗氮或碳氮共渗的基体金属组织也有球化退火组织。谈到新工艺增加高温回火校平工序是考虑到冷轧钢带的供货处于卷筒弯曲状态，冲剪下来的钢片零件翘曲较大，同时，为消除冷加工所产生的冷作硬化应力，通过回火能有效地改善和提高钢片的工作能力，并为消除后序真空热处理时零件的变形作好准备。钢片回火校平夹具在每两片钢片件中，加入一片厚0.smm形同钢片的紫铜垫。其目的之一是在常温下装夹钢片时，不致擦伤压坏钢片零件表面;二是保证在回火校平时，钢片的热胀、冗伸可通过较软的紫铜垫得以退让。同时，由于紫铜垫的热导效率高，可使夹紧的钢片中间部分与钢片的外露部分温差不大，并能在短时间内消除该温差，紫铜垫可以循环装夹使用。经过反复试验，我们选定在530℃的回火炉中，把装夹的钢片件保温40一70min，效果十分理想，回火校平后，仅仅下降了十多个Hvs硬度。1996(6)总37期重型汽车zHoNGXINGQICHE。37。真空脱气净化和渗氮工艺是在同一真空渗碳炉(ZTZ一65型)中先后连续进行的。对

zTZ一65型设备稍做改动，即可实现渗氮工艺，所用介质为氨气(NH3)。一般来说，钢的渗氮层表面硬度高而表层处于压应力状态，能显著提高钢的耐磨性与疲劳强度，改善耐蚀性和抗擦伤性。根据钢片所处的工作环境和状态，渗氮后可使钢片的抗蚀性明显提高，同时，钢片是数片组合装夹在一起使用的，对改善彼此之间的抗擦伤性最为有利。钢片合件在正常的交变扭转负荷下工作时其弯折幅度较小，钢片氮化层外部。相组成的白层的脆性就显得不甚突出。况且通过有效地控制氨的分解率(15%一25%)，保证渗氮层厚0.025一0.035mm，钢片的脆裂性就会大大缓解。钢片回火校平后又脱气渗氮的金相组织在显微镜下观察，氮化层组织比较正常，其氮化层硬度为800~1000HV。.，。由于是短时间的低温(480℃士10C/l~1.sh)渗氮，且氮化层深仅为0.025一0.035mm，所以钢片件心部的金相组织与渗前是一样的，渗氮后钢片心部仍有很好的强韧性，其心部硬度基本未变。为了验证钢片件在实际工作中具有足够的抗交变冲击能力，我们对不同渗氮层厚度的钢片件做专用夹具固持，在JB一36型冲击试验机上做了冲击试验。结果发现:氮化层厚度超过约0.05mm后，其冲击功(Ak)明显下降。为此，我们规定了渗氮层厚0.025~0.035mm，认为比较合适。日本钢片的表面只是简单地采用了镀锌钝化的防蚀处理。渗氮前的真空脱气净化工序其目的是为了净化钢片件的金属组织，提高组织机械性能，并使零件表面光亮洁净。由于是在500℃左右0.5一2.SPa条件下真空脱气1.5一2h，所以，主要作用是钢片表面的水分、氢气、油脂和其它杂质的蒸发逸散。对于金属工件，当温度上升到800℃以上时，从工件表面会放出氢、氮及氧化物等的分解气体，完成脱气的作用。金属的脱气一般按下述三个过程进行:

(1)金属中的气体向表面扩散;(2)气体从金属的表面放出;(3)气体从真空炉内排出。

钢片的脱气净化和渗氮，我们是用专门的挂具把钢片件分别等距间隔悬挂于zTZ一65真

空渗碳炉内中间部位的，让通入的氨气流向能够顺着钢片间的间隙畅通无阻。注意按照先脱

气后渗氮的顺序进行。其热处理工艺为:先开动真空泵，把炉内空气抽排至0.5~2.SPa，预热

至500℃，保温1.5一2h，再缓降炉温至200℃一300℃;接着又加热升温至480℃士10℃，到此之前，应用真空泵保证炉内的真空度恒为0.5一2.SPa;接下来关掉真空泵，通入定量氨气，并保证在480℃士10℃温度下渗氮1~1.5h;氮化结束后，随炉降温到150℃以下停止供氨，工件即可出炉。脱气和渗氮是在真空炉中进行，因而能够迅速均匀地得到洁净的渗氮层，真空中无氧化物，排除了工件的脱碳因素，钢片件表面呈现出银灰色的光亮，且平直无扭曲变形。

3小结

用经过上述新工艺处理的钢片件组成了数十台钢片联轴器。用户装机实际跑试，到目前

为止，已有近两千小时的使用期，而钢片件依然完好无损。这种新工艺使钢片件的内在质量和使用寿命大大提高，但就我们目前的加工条件来说，却增加了一定的生产成本。如果将纯氨改为尿素，进行气体软氮化处理，则介质成本较低，且钢片氮化层的脆性也可明显改善。假若对用退火弹簧钢带(50crvA)冲制的钢片件，在真空炉中进行淬火加中温回火犷获得较为精细的屈氏体组织后，又对钢片件采用离子渗氮法，也是很有意义的，值得探究。因此，这项工作并未就此结束，为了最大限度地降低成本，进一步提高钢片质量，尚需不断探讨和完善。