（北京市昌平區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，北京 102200）

磁粉檢測是一種基于缺陷處漏磁場與磁粉的磁相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損檢測方法。由于很多因素都會影響磁粉檢測的可靠性，如缺陷的方向及埋藏深度、晶體結(jié)構(gòu)、含碳量、熱處理、靈敏度試片、操作工藝是否合理等，使得到真實(shí)、可靠、有效的磁粉檢測結(jié)果較為困難。17－4PH（0Cr17 Ni4Cu4 Nb）不銹鋼是在Cr17型不銹鋼基礎(chǔ)上，通過加入銅、鈮等合金元素實(shí)現(xiàn)沉淀強(qiáng)化的一種馬氏體不銹鋼（表1）。它既具有高的強(qiáng)度和硬度，又具有良好的塑韌性、耐蝕性和加工性，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工和能源等領(lǐng)域。同時，17－4PH不銹鋼作為沉淀硬化鋼的一種，具有獨(dú)特的磁導(dǎo)性能。在生產(chǎn)過程中，它有從奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變。而且，該材料隨著沉淀硬化鋼冷加工變硬，磁導(dǎo)率增加，這與其他鐵磁材料的磁導(dǎo)性能相反（17－4PH 力學(xué)性能及磁導(dǎo)率見表2）［1]。

表1 17－4PH不銹鋼成分

表2 17－4PH不銹鋼的性能

在對某系列17－4PH不銹鋼材質(zhì)的產(chǎn)品進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)時，根據(jù)需方提出的標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測出很多超出標(biāo)準(zhǔn)要求的線性缺陷。筆者在生產(chǎn)部門、質(zhì)量部門的配合下，做了相關(guān)的輔助檢驗(yàn)、跟蹤檢驗(yàn)和分析工作，旨在查出線性缺陷的成因，并為保證檢測結(jié)果的可靠性和有效性提供依據(jù)。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

17－4PH不銹鋼的生產(chǎn)主要是通過熔模鑄造成型，工藝路線主要為制蠟?zāi)！⑼苛现茪?、焙燒型殼、鑄件澆注、鑄件清理、磁粉檢驗(yàn)、清理鑄件表面、熱處理、磁粉檢驗(yàn)8步。其中，制蠟?zāi)?、涂料制殼和焙燒型殼的工序?qū)﹁T件的組成及成分并無明顯影響，筆者在此主要介紹其他幾道主要工序。

（1）鑄件澆注 造型澆注溫度為1 580±10℃，靜置4 h以上，轉(zhuǎn)至清理工序處理。

（2）鑄件清理 利用風(fēng)鎬清除型殼，拋丸清理鑄件表面；對標(biāo)準(zhǔn)要求的≤1 mm的孔洞及輕微疏松，通過氬弧焊方法使用同爐焊絲進(jìn)行焊補(bǔ)；再對焊補(bǔ)后的產(chǎn)品進(jìn)行表面修整，所有表面檢驗(yàn)合格的工件噴砂處理后轉(zhuǎn)入磁粉檢驗(yàn)工序。

（3）磁粉檢驗(yàn) 鑄件按照 HB/Z 72—1995《磁粉檢驗(yàn)》規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，按照Q/5S 341—2002《空空導(dǎo)彈鑄鋼件技術(shù)規(guī)范》磁粉檢測條款B級要求驗(yàn)收（表3）。采用固定式交直流CEW系列磁粉探傷機(jī)、A1型標(biāo)準(zhǔn)試片、產(chǎn)品被檢面的白光照度≥1 000 lx，濕法非熒光連續(xù)法磁粉檢測。探傷工序?yàn)棰?預(yù)處理：使用氣槍吹掉殘余的砂粒及金屬屑等雜物。② 潤濕工件：使用磁懸液潤濕工件。③ 磁化工件并用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)準(zhǔn)試片檢測：針對不同工件，通過計(jì)算選擇適宜的磁化電流值、通電，將標(biāo)準(zhǔn)試片貼附于工件受檢表面，澆磁懸液后觀察，確保檢測靈敏度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。④ 澆磁懸液并檢驗(yàn)：在通電磁化的同時澆磁懸液，停止?jié)泊艖乙汉笤偻姅?shù)次，待磁痕形成并滯留下來時停止通電，進(jìn)行檢驗(yàn)，若有超標(biāo)缺陷，將磁痕擦掉復(fù)檢，對于復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確的磁痕進(jìn)行最終判定。⑤ 退磁：將所有檢驗(yàn)完成的工件通過退磁線圈進(jìn)行退磁。⑥ 出具報告并將合格工件轉(zhuǎn)至清理工序。

表3 目視、熒光或磁粉檢驗(yàn)B級驗(yàn)收所允許的表面凹下缺陷

（4）清理表面 對磁粉檢驗(yàn)合格的工件進(jìn)行噴砂處理，完成后轉(zhuǎn)至熱處理工序。

（5）熱處理 對工件進(jìn)行固溶＋時效熱處理：800±10℃保溫2 h后，升溫至1 050±10℃保溫1 h，再進(jìn)行650±10℃保溫2 h，完成后轉(zhuǎn)至磁粉檢驗(yàn)工序。

（6）磁粉檢驗(yàn) 檢驗(yàn)程序與工序（3）相同。合格工件清理表面后入成品庫。

2 試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行工序（3）磁粉檢驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，近50%工件的受檢表面存在弧形線性缺陷，如圖1。在兩個線性缺陷所包含的區(qū)域還有少量的弧狀發(fā)紋如圖2。在一個線性缺陷的一側(cè)有少量弧狀發(fā)紋，線性缺陷的長度超出標(biāo)準(zhǔn)要求，且所有的線性缺陷的形態(tài)相似，重現(xiàn)性也很好。

圖1 弧形線性缺陷

筆者從已發(fā)現(xiàn)線性缺陷的不同種工件中選取比較有代表性的缺陷件，對其磁粉檢驗(yàn)的受檢面進(jìn)行X射線檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，在同一受檢面的相同位置沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。

圖2 弧狀發(fā)紋圖

此后，選取圖1（a）工件在缺陷位置進(jìn)行線切割，切開后發(fā)現(xiàn)，磁粉顯示的線性缺陷位置并沒有明顯的宏觀缺陷。圖1（b）為線切割后的工件缺陷部分。由圖可以看出，缺陷貫穿工件的整個橫截面，且磁粉顯示清晰。圖2（a）工件由于不易切割，采用了持續(xù)冷卻磨削的方式檢查線性缺陷深度。圖2（b）中的線性缺陷同樣貫穿工件的橫截面。

筆者對圖1所示工件中有缺陷顯示的斷面進(jìn)行磨拋，并用苦味酸、鹽酸的混酸腐蝕，觀察金相組織（圖3）。發(fā)現(xiàn)在對應(yīng)工件有磁粉顯示的位置上，有一暗色的條帶狀區(qū)域，較其他區(qū)域的基體顏色深。為便于分析比較，筆者稱呼暗色區(qū)域?yàn)锳區(qū)，暗色區(qū)域以外的淺色區(qū)域?yàn)锽區(qū)。A區(qū)顏色深說明該區(qū)域組織易被腐蝕，有別于B區(qū)的基體組織；而且A區(qū)組織的磁導(dǎo)率與B區(qū)組織不同，導(dǎo)致A區(qū)在磁粉檢測過程中形成明顯的磁粉顯示，而B區(qū)的組織屬于正常的基體組織，無磁粉顯示。

3 檢測結(jié)果分析

根據(jù)Q/5S 341—2002標(biāo)準(zhǔn)B級驗(yàn)收要求，每個不合格工件上均有2～10條不等的線性缺陷，其最大尺寸達(dá)到8.5 mm，屬于嚴(yán)重超標(biāo)。但是從樣件的解剖觀察來看，工件的表面或近表面并沒有發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷。這就造成了對17－4PH不銹鋼材料產(chǎn)品探傷結(jié)果的可靠性的質(zhì)疑。

影響磁粉檢測結(jié)果可靠性有很多因素，如探傷方法、缺陷的性質(zhì)（裂紋或夾雜物）及形態(tài)、磁化場強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)試片的選擇、磁粉的性質(zhì)及使用溫度、材料中鐵磁性的差異、磁化場強(qiáng)對缺陷的檢出能力等。其中的絕大部分在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定，但也有一些影響因素在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不夠詳細(xì)，且在實(shí)際情況中也很難使規(guī)定更詳細(xì)。目前可采用磁粉探傷的試件達(dá)上千種，這上千種試件的鐵磁性不完全相同，在物理、化學(xué)、力學(xué)性能方面也是千差萬別，大量探傷實(shí)踐也證明了不同工件的缺陷檢出能力不同。正因?yàn)槊總€工件的磁化參數(shù)各不相同，不能測繪出每種材料的磁化曲線，所以現(xiàn)行各國標(biāo)準(zhǔn)對工件只作定性的區(qū)分。對于17－4PH不銹鋼工件中出現(xiàn)的線性顯示，筆者認(rèn)為是由于A區(qū)和B區(qū)在組織或成分上的不同，造成了兩者在鐵磁性方面的差異。所以，就有必要采取進(jìn)一步的驗(yàn)證。

筆者將觀察金相用的試樣（2號試樣）按X射線能量色散譜分析儀要求切取，并用能譜儀作成分分析，結(jié)果如圖4和表4所示。其中圖4（a）為能譜儀在試樣同一視場內(nèi)選取的兩個不同區(qū)域，每個區(qū)域進(jìn)行3次不同點(diǎn)檢測后取均值。對比表4和表1可知，A區(qū)的Cr含量與C參考含量均比B區(qū)偏低，而A區(qū)的Cu含量則明顯低于B區(qū)。

表4 能譜成分分析結(jié)果

已有的研究表明，Cr和Cu均耐腐蝕，若此兩種元素區(qū)域含量低，則金屬中該區(qū)域易被腐蝕［2－3]；另一方面，由于碳含量對磁性的影響較大，鋼的最大磁導(dǎo)率會隨著含碳量的增加而下降，使漏磁場增大，且Cr，Cu含量的減少也會使漏磁場增大［4－5]，這就導(dǎo)致A區(qū)、B區(qū)之間存在磁導(dǎo)率差異，進(jìn)而造成了磁粉檢測過程中的缺陷顯示。由此可以確定，檢測過程中所發(fā)現(xiàn)的線性缺陷是由成分偏析導(dǎo)致的磁粉顯示，并推測該工件中的成分偏析是在澆鑄過程中形成的。

將1號試樣與合格產(chǎn)品一同進(jìn)行了生產(chǎn)工藝規(guī)定的熱處理。發(fā)現(xiàn)熱處理后試樣宏觀無明顯變化，進(jìn)行磁粉檢測后形成的線性顯示與原線性顯示處對應(yīng)，且線性顯示處磁粉聚集略顯松散。該結(jié)果表明，在固溶＋時效的熱處理后，偏聚元素產(chǎn)生了一定程度的擴(kuò)散，A，B區(qū)的磁導(dǎo)率差異減小，漏磁場降低，工件線性顯示處的磁粉聚集能力減弱。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證成分偏析導(dǎo)致的漏磁場的變化，筆者增加了均勻化的熱處理工藝，即在850±10℃保溫1 h，1 040±10℃保溫4 h。試樣在采取了上述熱處理工藝后，進(jìn)行與原工藝相同規(guī)范的磁粉檢驗(yàn)，在原位置未發(fā)現(xiàn)任何線性顯示。這是由于經(jīng)過均勻化處理后，偏聚的元素進(jìn)一步擴(kuò)散，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達(dá)到磁化飽和。消除了A，B區(qū)磁導(dǎo)率差異，同一位置的金相組織也消除了腐蝕后的顏色差異。

為了從根本上解決成分偏析的問題，筆者將原有工藝中澆鑄工序的造型澆注更改為挑殼澆注，以改善鑄件的冷卻條件，盡量減少偏析缺陷的發(fā)生。另外，為了提高磁粉檢測結(jié)果的可靠性和有效性，筆者又將磁粉檢測的次數(shù)由熱處理前、后各一次改為：批量生產(chǎn)連續(xù)2次合格率達(dá)到90%以上后，僅于熱處理之后進(jìn)行磁粉檢測。這兩項(xiàng)工藝更改在后續(xù)的實(shí)際生產(chǎn)中也被證明了是合理的。

在進(jìn)行上述觀點(diǎn)驗(yàn)證的同時，筆者通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同材質(zhì)補(bǔ)焊后的工件上做磁粉檢驗(yàn)也會有另一種形態(tài)的磁粉顯示，如圖5（a）。解剖后對有磁粉顯示的斷面觀察，如圖5（b），其晶粒大小明顯區(qū)別于鑄態(tài)或熱處理狀態(tài)的晶粒，左側(cè)為基體區(qū)域（已熱處理），右側(cè)為補(bǔ)焊試驗(yàn)區(qū)域。而晶粒愈大，磁導(dǎo)率愈大，矯頑力愈小，漏磁場就小；相反，晶粒愈小，磁導(dǎo)率愈小，矯頑力愈大，漏磁場就大。因此，隨著材料晶粒的逐漸增大，磁粉檢測的可靠性逐漸降低［5]。

圖5 補(bǔ)焊工件缺陷

此外，實(shí)際生產(chǎn)中也會出現(xiàn)在異材焊接工件上做磁粉檢驗(yàn)的情況。此時要求檢測人員充分了解被檢工件的材質(zhì)情況，注意區(qū)分缺陷的真?zhèn)?，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠［6]。

3 結(jié)論

（1）17－4PH不銹鋼產(chǎn)品在磁粉檢測中發(fā)現(xiàn)的線性缺陷，是由于成分、組織偏析導(dǎo)致的偽缺陷顯示。

（2）由成分、組織偏析造成的偽缺陷可以通過均勻化熱處理方法來消除；也可以通過改變澆注系統(tǒng)或改善散熱條件的方式來避免成分、組織偏析的產(chǎn)生。

（3）重視影響磁粉檢測可靠性的因素非常必要，而目前由于磁化規(guī)范不夠詳細(xì)，造成在磁粉實(shí)際檢測方面存在諸多問題。無論是現(xiàn)有的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，還是以往的專家、學(xué)者積累下的經(jīng)驗(yàn)，都還需要做更多的工作，才能使磁粉檢測的理論系統(tǒng)更加嚴(yán)謹(jǐn)和全面。筆者將在后續(xù)完善和細(xì)化磁化規(guī)范方面繼續(xù)研究。

［1]Bob Potter.NDT of Precipitation Hardened Steels U－sing Fluorescent Magnetic Particle Testing［M].A－merican Society for Nondestructive Testing，Nondestructive Testing Handbook，second edition：Volume 6，Magnetic Particle Testing.Online.

［2]董允，林曉聘，姜曉霞.鉻、相對不銹鋼腐蝕與腐蝕磨損性能的影響［J].機(jī)械工程材料，1997，21（6）：29－31.

［3]姚新茹.銅含量對普碳鋼耐蝕性能的影響［J].鋼鐵研究，1985，39（6）：39.

［4]葉代平，蘇李廣.磁粉檢測［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：12－16.

［5]焦政.磁粉檢測的可靠性［J].安徽化工，2006（4）：55.

［6]盧剛.用不銹鋼焊條焊補(bǔ)鑄鋼件的磁粉探傷［J].無損檢測，1992（6）：172.