宦曉平　謝云飛　李連龍　王　妍　曾　杰　楊先芝

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618000)

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試驗(yàn)研究

大型滲碳鋼齒輪軸鍛件磁粉檢測(cè)質(zhì)量問(wèn)題分析與處理

宦曉平謝云飛李連龍王妍曾杰楊先芝

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618000)

摘要：對(duì)大型滲碳鋼齒輪軸鍛件表面出現(xiàn)的磁粉檢測(cè)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺陷為Al、Ca、Mg、O等主要成分形成的復(fù)雜氧化夾雜物，通過(guò)采取降低產(chǎn)品全氧含量和防止外來(lái)夾雜物等措施，成功解決了大型齒輪軸鍛件的磁粉檢測(cè)質(zhì)量問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：17CrNiMo6；齒輪軸；磁粉檢測(cè)；磁痕；夾雜物

大型滲碳鋼齒輪軸鍛件一般采用17CrNiMo6材質(zhì)，齒輪軸表面質(zhì)量要求高，標(biāo)準(zhǔn)要求滲碳部位磁粉檢測(cè)(MT)線性顯示不超過(guò)0.5 mm。但是，近期在為某公司提供毛坯齒輪軸產(chǎn)品時(shí)，用戶精加工后發(fā)現(xiàn)鍛件表面存在超標(biāo)的磁粉檢測(cè)顯示缺陷，該類缺陷顯示基本沿軸向分布，見圖1。由于該類缺陷超標(biāo)，導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法使用，最終報(bào)廢，不僅影響了用戶的工期，也給制造廠帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，我們對(duì)此類缺陷產(chǎn)品進(jìn)行了解剖，詳細(xì)分析了該類缺陷的產(chǎn)生原因并制定了解決措施，最終杜絕了此類問(wèn)題的再次發(fā)生。

圖1　磁粉檢測(cè)線性顯示

1缺陷檢測(cè)

1.1齒輪軸的生產(chǎn)流程

該齒輪軸執(zhí)行用戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與JB/T 6396—1992里的17Cr2Ni2Mo鋼種類似，但用戶對(duì)產(chǎn)品的H、O、N含量做出了更高要求。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，采用工藝流程：電弧爐粗煉→鋼包爐真空精煉→真空澆注→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→理化性能→無(wú)損檢測(cè)→聯(lián)檢→毛坯包裝發(fā)貨。

1.2磁痕分析

通常磁痕的產(chǎn)生有可能是以下原因造成的：磨削裂紋，材料白點(diǎn)，淬火裂紋，鍛造裂紋，非金屬夾雜。根據(jù)磁痕的外觀形狀和分布就可以初步分辨多數(shù)的原因[1]。從缺陷的分布形態(tài)來(lái)看，缺陷均分布在工件表層50 mm以內(nèi)，基本沿工件軸向分布，可排除材料白點(diǎn)。由于該工件并未進(jìn)行淬火處理及磨削加工，故也可排除淬火裂紋和磨削裂紋的可能。為了弄清磁痕缺陷產(chǎn)生的真正原因，對(duì)工件進(jìn)一步做了分析。

1.3缺陷性質(zhì)分析

為了增加對(duì)磁粉檢測(cè)缺陷的檢出率，對(duì)產(chǎn)品增加4 MHz的45°斜探頭超聲檢測(cè)(UT)，并對(duì)磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷顯示的產(chǎn)品進(jìn)行了解剖分析。

具體分析試驗(yàn)的步驟為：首先對(duì)UT不合格的工件進(jìn)一步加工，使缺陷暴露于表面，再進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)檢查。隨后將缺陷位置鋸切下來(lái)并進(jìn)行低倍檢測(cè)(見圖2)、金相檢測(cè)(見圖3、圖4)和掃描電鏡分析(見圖5)。

從圖3和圖4可以看到夾雜物的尺寸較大，并聚集在一起呈鏈狀分布。該夾雜物通過(guò)掃描電鏡進(jìn)行分析，結(jié)果表明為Al、Ca、Mg、O等成分所形成的復(fù)雜氧化物。

1.4夾雜物分析

1.4.1按夾雜物來(lái)源分析

鋼中夾雜物從來(lái)源可分為內(nèi)生夾雜和外來(lái)夾雜兩類。內(nèi)生夾雜是在液態(tài)或固態(tài)鋼內(nèi)，由于脫氧或凝固過(guò)程中進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)而生成的。

圖2　低倍檢測(cè)齒輪軸表面缺陷

圖3　金相顯微鏡下觀察到大塊夾雜

圖4　金相顯微鏡下觀察到夾雜聚集呈鏈條狀

圖5　掃描電鏡分析夾雜物組成

鋼中大部分夾雜物屬于這一類，其特點(diǎn)主要是顆粒比較小(一般小于100 μm)，分布也較為分散、均勻。而外來(lái)夾雜是耐火材料、熔渣或兩者的反應(yīng)產(chǎn)物混入鋼中并殘留在鋼中的顆粒夾雜。這類夾雜物具有尺寸較大、易于上浮的特點(diǎn)，它的出現(xiàn)帶有偶然性[2]。從磁痕缺陷的金相檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，該類夾雜物尺寸較大，為外來(lái)夾雜物。

1.4.2按熱加工變形后夾雜物的形態(tài)分析

由于不同的夾雜物在熱加工溫度下具有不同的塑性，所以加工變形后，它們?cè)阡撝袑⒊尸F(xiàn)不同的形態(tài)。根據(jù)磁痕缺陷的金相檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，該類夾雜物在熱加工時(shí)不變形，但沿加工方向(軸向)破裂成鏈狀分布，再?gòu)膾呙桦婄R分析可以確定該類夾雜物為以鋁鈣為主的復(fù)合氧化物。

2工藝措施

2.1降低產(chǎn)品全氧含量

從前述產(chǎn)品分析結(jié)果可知，氧化物夾雜是導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的原因，因此在工藝上降低產(chǎn)品的全氧含量尤為重要。首先，選用按一定比例配比的優(yōu)質(zhì)生鐵和清潔廢鋼進(jìn)行電爐冶煉，通過(guò)嚴(yán)格控制電爐終點(diǎn)成分和溫度，降低鋼液氧含量。其次，精煉爐冶煉時(shí)制定合理的預(yù)脫氧制度、吹氬攪拌制度、精煉造渣制度、真空脫氧制度和出鋼前軟吹氬促進(jìn)夾雜物上浮等全過(guò)程控氧技術(shù)，保證鋼中全氧含量在15×10-6以下。

此外，加強(qiáng)澆注過(guò)程中鋼水保護(hù)力度，采用先進(jìn)的澆注工藝方法，做到澆鋼過(guò)程完全避免二次氧化。

2.2防止外來(lái)夾雜物

選擇高質(zhì)量等級(jí)的耐火材料，進(jìn)一步提高鋼水純凈度。鋼錠模及澆注附具嚴(yán)格清理，避免污染。

3改進(jìn)結(jié)果

改進(jìn)措施實(shí)行后生產(chǎn)的十幾件該類產(chǎn)品，其高倍夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果平均降低0.5級(jí)，全氧含量平均達(dá)到8.8×10-6，N含量平均達(dá)到43×10-6，晶粒度平均提高0.5級(jí)，達(dá)到6級(jí)水平。MT檢測(cè)均一次合格，為公司挽回了客戶，贏得了聲譽(yù)。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)大型滲碳鋼齒輪軸缺陷產(chǎn)品的解剖分析，確定了此類缺陷為Al、Ca、Mg、O等主要成分所形成的復(fù)雜氧化夾雜物。為了解決此類問(wèn)題，制定了一系列的改進(jìn)措施。經(jīng)過(guò)一批產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)踐證明，提出的工藝和操作改進(jìn)措施是正確的，從根本上解決了缺陷問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]朱永輝，李曄.鍛件表面磁痕分析.機(jī)械制造,2010,48(2):70-71.

[2]邱紹岐，祝桂華. 電爐煉鋼原理及工藝. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

編輯杜青泉

Analysis and Improvement of Magnetic Particle Testing Quality Issue for Heavy Carburizing Steel Gear Shaft Forgings

Huan Xiaoping, Xie Yunfei, Li Lianlong, Wang Yan, Zeng Jie, Yang Xianzhi

Abstract：The magnetic particle testing quality issue appeared on the surface of heavy carburizing steel gear shaft forgings has been analyzed. It shows that the defect was a kind of complicated oxide inclusion which was mainly composed of Al, Ca, Mg and O. By adopting the measurements of reducing the total oxygen content of product and preventing the foreign inclusion, the magnetic particle testing quality issue of heavy carburizing steel gear shaft forgings has been solved successfully.

Key words：17CrNiMo6; gear shaft; magnetic particle testing; magnetic particle indication; inclusion

收稿日期：2015—10—21

中圖分類號(hào)：TG316.193

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B