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摘要：本文通过实验分析了VE泵端面凸轮渗碳层中网状碳化物的形成及其对接触疲劳强度的影响，并提出了响应的改进措施。
关键词：度VE泵端面；凸轮；渗碳层；网状碳化物；接触疲劳强度
一、引言
2017年9月份，福田反馈出口越南00.01.06.0037泵出现批量端面凸轮盘短里程磨损严重，按福田要求派人到现场，实地拆解分析故障原因。后经现场检查拆解，该车在下线试车过程中突然熄火无法启动，现场检查电路，油路，喷油器有两缸不供油外接试验依旧，更换油泵后启动正常，当时怀疑为输油泵叶片卡滞，拆开后发现滚轮凸轮磨损，更换滚轮凸轮后依旧无法启动，福田海外对此提出疑议为什么零公里的车辆就出现此问题（5.3公里），要求对此问题分析原因并提出解决方案，由于现场受条件限制无法分析故障件由福田发动机厂带回，然后会同福田海外一起带南京威孚金宁分析。
二、试验方法和结果
1.表面硬度
检验产品，端面凸轮成品件，材质16MnCrS5钢,其化学成分为碳C：0.14-0.19，硅Si：≤0.4，锰Mn：1-1.3，磷P：≤0.025
硫S：0.02-0.04铬Cr：0.8-1.1，渗碳设备为爱协林气体渗碳多用炉，型号VKEs3-60/65/110cn,渗碳介质为丙烷。
经检查，三件表面磨损件端面凸轮表面硬度结果：62HRC、61.5HRC、63HRC，工艺要求：60-64HRC,三件故障件表面硬度符合要求。
2.硬化层
经过切割-粗磨-镶嵌-细磨-精磨-抛光一系列工序，通过Q10M数显维氏硬度计检测，三件故障件的硬化层分别为1.25mm、1.2mm、1.3mm，工艺要求：1.0-1.4mm
3.金相检测
三件故障件经过4%硝酸酒精腐蚀，金相结果如图1：故障件。
图1：故障件图2：正常件
近表面马氏体2级，网状碳化物3级，工艺要求：马氏体≤3级，网状碳化物≤3级。由于网状碳化物会使组织硬脆,使渗碳层的韧性下降，我们对比了此批次同一时间段的其他凸轮产品热处理金相。如图2：正常件。
这两件端面凸轮均为售后返回给质保部拆解分析的，故障现象为泵体漏油，经过一个月左右的正常使用，凸轮表面未产生磨损，经过以上金相比对，此两件端面凸轮近表面马氏体2级，网状碳化物3级，与这次返回的故障件金相结果基本一致，排除网状碳化物对产品表面磨损的影响。
三、结果分析与改进
通过以上产品金相比对，级别范围内的网状碳化物对产品表面疲劳强度几乎没什么影响，但毕竟网状碳化物晶界碳含量随冷却而增加,引起晶界松弛，属于不良组织，我们对于多用炉设备立即进行了定碳排查，步骤如下：
1.爱协林多用炉温度设置925℃，碳势设置1.0%，温度碳势到达后，保温一小时
2.取定碳片两片，丙酮清洗并吹干后，测定质量
3.通过定碳孔放进炉内，20分钟左右取出，检查质量
4.通过定碳结果，现在炉内实际碳势显示1.15%，高于设定碳势1.0%
5.通过碳控仪修正补偿，降低实际碳势到1.0%
6.同样的方法用定碳片对炉内修正过的碳势进行二次测量，确定修正结果
目前我公司在对端面凸轮进行多用炉气体渗碳时，由于设备年代久远，炉内碳势波动较大，如果工艺没有及时调整，控制不当,在渗层内常常出现网状碳化物,严重时使渗层变脆,接触疲劳强度降低,导致表层剥落,影响到端面凸轮的使用寿命。表面大量的网状碳化物同时带来了零件的变形和脱碳,降低了零件的质量。渗碳过程出现的碳化物从形态上分主要有两种,一种是颗粒状的,主要是金属化合物M,C3,MZ,C;另一种是网状碳化物,主要是渗碳体Fe3C。网状碳化物又可分为粗网状、细网状、连续网状和不连纹网状等不同的形态。
关于此次什么级别的网状炭化物对零件接触疲劳强度才有影响，顺便试验多用炉测定碳势后，热处理的情况，我们做了两炉9点产品的试验，取9件端面凸轮毛坯，其他炉内工装空间用废品填充，放置位置如下：
第一炉：渗碳温度925℃，碳势设置1.0%
第二炉：渗碳温度925℃，碳势设置1.2%
结果：第一炉9件端面凸轮表面硬度，硬化层和金相都符合工艺要求
第二炉9件端面凸轮表面硬度64-65HRC，硬化层1.5-1.8mm，金相结果显示，表面网状碳化物达到了4-5级，都超出了工艺要求。
我们取第二炉9件热处理后凸轮产品，跟踪后道加工工序，并跟踪到技术中心试验台进行跑合试验。经过一周的跑合试验，9件网状碳化物超级的凸轮产品表面有5件出现了不同程度的磨损和剥落。
试验表明,影响渗层碳化物形态的主要因素是渗碳碳势，当碳势超过设定碳势越高，网状碳化物网络越粗，晶界间结合力越松弛，接触疲劳强度明显降低,网状越严重脆性就越大,也就越容易剥落,从而使渗层接触疲劳强度大为降低，但级别范围内的形成的细网状碳化物对使用性能影响不大。
参考文献：
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