摘要：本文主要介绍了304不锈钢精密铸造件（以下简称精铸件）加工过程中暗花缺陷的原因分析及改善过程，因不锈钢精铸件的加工在行业内较为普通，且加工工艺较为特殊，因此希望本文有一定的推广及借鉴作用。
关键词：不锈钢；精密铸造；加工；外观缺陷
本文所讲的精密铸造是熔模精密铸造，它是精密铸造的工艺方法之一。是采用失蜡法制壳，利用废钢加合金的方式浇注成铸件，再通过机械加工等工序制作成符合客户要求的精密零件，是一种历史悠久的传统制造业，是工业门类中的基础行业之一。304不锈钢为奥氏体不锈钢，熔炼浇注及机械加工是此类零件的关键质量控制点，品质问题轻则耽误订单交期，重则损失客户丢失市场。因此，相关品质问题的改善就显得尤为重要。
1、缺陷概述
本公司生产的一种材质为304的不锈钢精铸件，车加工后零件表面出现了大面积的白色暗花（见图1）不良率28%左右，形状、大小、位置不定，经擦拭、水洗、超声波清洗等表面处理后，缺陷仍无法消除掉。精刀返车后暗花变淡但却未完全消失，初步判断该缺陷产生的原因是数控车加工工艺设置不当。随后将车加工工序拆分为粗车和精车，同时提高转速，减少车削量。经试加工后发现暗花缺陷无明显好转，结果表明车加工工艺的调整对零件表面暗花的改善收效甚微，不是暗花产生的根本原因。
零件表面暗花 左图的局部放大图
图1
2、缺陷分析
为了进一步分析缺陷的产生原因，从宏观角度，安排专人对本批次零件的生产过程进行倒查，核查过程中未发现异常情况。继而从微观角度，用电子显微镜对零件的暗花缺陷展开进一步的分析，发现暗花区域相对于正常区域来说，零件的走刀路径模糊杂乱，局部棱线崩缺且有类似粘刀的异物附着（见图2）。通过缺陷区域的放大分析得知，暗花缺陷更像是铸件本身的组织缺陷。
参考上述检测结果，为了进一步对零件的内部组织进行分析，以查明暗花缺陷的根本原因，我们对零件暗花缺陷部位进行线割截取，交品质部制样后分别在200倍、500倍和1000倍的显微镜下进行金相检验，通过图3的金相图片可以看出，碳化物在奥氏体晶界上无规则的大量聚集，粗大且成网状分布。
304不锈钢钢属于奥氏体不锈钢，在奥氏体不锈钢钢中，碳化物属于有害物质，应尽可能的降低和严格管控。对不锈钢精铸件的加工过程而言，机械加工过程中在刀具的切削力和零件高速旋转产生的线速度共同作用下，残留碳化物会崩断并被挤压粘附在加工面上，如果残留碳化物过多，就会造成宏观视角上的暗花缺陷。
精密铸造工艺中存在“三高”（壳模温度高、钢水浇注温度高、熔炼车间作业温度高）环境，导致铸件浇注后冷却比较缓慢，铸态零件奥氏体晶界上会有大量的碳化物存在。为了消除碳化物，一般要进行固溶热处理。因为在该批次零件的生产过程倒查中，确认零件已经进行了热处理，所以零件组织中残留的碳化物应该是固溶热处理不彻底导致的。一般情况下，工艺方案制定不合理、热处理设备温控精度过低、工艺执行不到位等因素容易造成固溶处理不彻底，使碳化物在奥氏体晶界上聚集并形成残留碳化物。
3、方案验证
为了验证上述原因分析的真实性，以确认暗花产生的根本原因，对现有的固溶热处理工艺进行了一定的调整：保温温度从原来的1050℃提高至1060℃，保温时间从原来的60分钟延长至90分钟，且控制出炉入水时间小于10秒，冷却水池水温≤50℃。选取200件零件进行热处理试验，继而安排试加工。
此次热处理试验前，对选定热处理炉的温控系统及测温精度进行校准，挑选熟练的操作工人进行生产作业，指派产品工程师现场全程指导并监督试验过程。确保热处理试验的各个环节能够按照要求进行，避免设备、人员和管理因素造成试验偏差。热处理后的零件，金相检测结果见图4。通过金相分析图片可以看出，奥氏体晶界的网状结构被打散，晶界上未见明显的碳化物残留。
热处理改善后（200倍）热处理改善后（500倍）热处理改善后（1000倍）
图4
热处理后的200件试验品，按原加工方案在车间试加工后，暗花不良比例为1.5%，按上述热处理工艺方案，又分别进行了500件、1000件、2000件3个批次的热处理及加工测试，暗花缺陷的平均不良率为0.08%，达到了预期改善目的。
4、闭环管理
在经过4次的充分验证后，产品工程师对试验数据进行汇总分析，对作业指导书，检验规范，制程控制表单等技术工艺文件进行修正换版，将改善成果及作业方法文件化，并对操作人员进行培训，固化改善成果，对问题进行闭环管理，防止再发生。
5、总结
（1）热处理工艺方案不当，工艺验证不充分，是造成该零件加工产生暗花的根本原因。
通过优化热处理工艺可以对暗花缺陷进行有效改善。
（2）技术人员处理现场问题时，习惯从宏观角度出发去分析和解决问题，而忽视了微观分析的作用和意义。本案例既从宏观又从微观角度入手，对问题展开了深入分析，从而提出了快速有效解决现场问题的方案。
（3）固溶热处理保温温度提高，保温时间延长后，要对炉门做密封处理，同时尽可能缩短出炉入水的时间，以减少零件的氧化，避免氧化皮增厚影响零件尺寸，给后序表面清理工作增加难度，并导致成本上升、效率降低。
参考文献：
[1]谷万里，盛文斌. 304不锈钢精铸件点缺陷的形成与控制[J]. 热加工工艺，2007（1）：56-58.
[2]茅卫东. SUS304不锈钢表面抛光缺陷原因分析及改进措施[J]. 上海金属，2011，33（2）：58-62.
论文作者:贾磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：暗花论文; 零件论文; 碳化物论文; 缺陷论文; 奥氏体论文; 加工论文; 金相论文; 《基层建设》2019年第14期论文;