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以SUJ-2材製成的滑動棒為何不到正常使用壽命,即因斷裂而提早下線,問原因為何?如何改善?後來改成SKD-61材卻因耐磨耗不佳,也是提早下線,問如何改善?

案由背景詳述:

某機械零件製造廠的吳先生,帶來一批以SUJ-2和SKD-61製成的滑動棒不良品,SUJ-2材製成尺寸約30LX4.5ψ在長度方向的一端鑽一圓孔約2.5ψ,在上線使用約3萬次行程即從2.5ψ圓孔處開裂,因而提早下線,為此改以SKD-61製成相同尺寸的滑動棒,但使用壽命不及SUJ-2製成之不良品,即因過度磨耗也提早下線,本案使用環境溫度約在300℃ 。

問SUJ-2材製成之滑動棒之斷裂原因為何?後來改以SKD-61材因不耐磨損而下線?可有改善辦法?

不良原因分析:

從吳先生帶來的SUJ-2製成的滑動棒不良品觀察,發現滑動棒長度方向的上端圓孔肉厚僅約1mm,這個圓孔是用來被插梢固定,避免滑動棒作動時鬆動,因此插梢與圓孔是緊配,斷裂處就是從圓孔邊緣開裂。由開裂處研判可能造成開原因是,因圓孔肉厚較薄僅1mm,當上線的環境溫度達300℃,此時圓孔因受熱膨脹,同時插梢經長時間受熱也產生尺寸膨脹,又加上SUJ-2材屬高碳合金之軸承鋼較脆也不耐高溫,因此推演，可能由於圓孔與插梢是無間隙的緊配和受熱膨脹的擠壓,加上較薄的圓孔肉厚,又加上長時間高溫,引發質變和熱疲勞效應,可能因而開裂。

為何將材質改為SKD-61上線不久，即因耐磨耗不佳而提早下線的可能原因是,SKD-61材屬熱作工具鋼抗高溫韌性佳,使用在本案300℃ 之環境溫度，不會引發熱膨脹及熱疲勞效應和高溫所引起的質變問題,但它屬於中碳高合金鋼對於要求耐磨耗場合,本來就是SKD-61材的弱項,相較於以耐磨為訴求的SUJ-2軸承鋼是無法相比較,這就是提早下線的原因。

改善辦法及建議:

       本案先前使用SUJ-2製成的滑動棒，由於是上線的環境溫度屬高溫,因此不建議使用適合在冷間環境的SUJ-2材，可使用SKD-61材製成滑動棒,它是熱作工具鋼,在高溫環境可保有穩定的鋼性強度及尺寸精度。建議熱處理製程是1050℃ 淬火510℃ 回火硬度可達HRC55度~57度。建議再進行本公司的專利真空無白層氮化,硬度可達約HV0.3 960度~1000度深度約0.05mm 。

經前述建議製程應一定可達到本案高溫環境和高耐磨要求。

結論:

本案失效主因在於選用材質不恰當,本案的使用環境非常嚴苛,不但得承受高溫要求也有高耐磨使用壽命要求,因此只能選用能耐受高溫及高韌性的SKD-61,再施以表面硬化,提升表面硬度達到高耐磨的使用壽命要求。