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以SUS420J2製成的切剝線鉗在使用中,從切剝刀口斷裂,原因為何?如何改善?

案由背景詳述:

某家機械零件製造廠的施姓經理,帶來兩件切剝線鉗的不良品,其形狀似家庭用之剪刀,一件在使用中不但切剝線刀口崩裂且在中間固定螺絲旁因耐受不了強受力而開裂,另一件也是在使用中切剝線刀口整齊被扯斷,本案材質SUS420J2,尺寸約3X25X180,先前已委外熱處理,淬火温度是1050℃,硬度HRC51度。開裂原因為何?如何改善?有他人建議以高週波進行局部退火改善,問是否可行?

不良原因分析:

由施經理帶來的不良品觀察,這是由人工操作的切剝工具鉗,斷裂原因應是耐受不了切割、應力及剪切刀口的幾何設計限制,造成肉厚較薄削弱強度,加上使用時是以人工操作受力不可能均勻,,因此引發側向受力等參數造成失效。

改善辦法及建議:

       在刀口幾何設計無法改變的狀況下,以及人工操作無法避免的側向受力下,以過去的經驗推演可從熱處理參數改變提升抗折斷力。

原先是以1050℃ 淬火硬度HRC51度,改為1000℃ 淬火再施予130℃~ 150℃的低溫回火,硬度還是落在HRC51度但此時的結晶粒較細可大大提升抗折斷力。

若前述1000℃ 淬火還是無法耐受抗折斷能力,可改以Under Hardening以950℃ 進行淬火同様以130℃~ 150℃回火,硬度將落在HRC45度,這樣的淬火和回火參數所得的耐沖擊質是1050℃ 淬火的一倍以上,應可應付本案要求,但耐磨耗能力會變差。

若是客戶允許的狀況下可改用SUS420J1材,它的耐磨耗不及SUS420J2但耐沖擊質和延伸率相較於SUS420J2可提升百分之四十,對於抗折斷力可大大提升,而且可保有SUS420J2的耐銹特性。

結論:

本案切剝線鉗在使用時是以人工操作,力道的大小很難掌控,對手材是否符合合理的被剪物要求也是無法求證,但最終還是因斷裂而成為客訴,因此處理本案應以高韌性為第一訴求,耐磨耗是使用壽命考量為次之。短期的改善辦法是以改變熱處理參數應對,但長期還是以改變材質應對較有利,因為改變熱處理參數是委外加工,且委外加工的熱處理廠，是否願意執行訂單產量不是很多的特別參數,還是令人質疑?

本案有他人建議以高週波進行局部退火,以經驗推演不可行,原因是切剝刀口是以半圓弧狀設計,且刀口成鋸齒狀,若是進行高週波處理易產生燒融,因此不建議。