(重慶長(zhǎng)征重工有限責(zé)任公司, 重慶 400083)

磁粉檢測(cè)是利用磁粉聚集形成的磁痕來(lái)顯示工件上的不連續(xù)性和缺陷。通常把磁粉檢測(cè)時(shí)磁粉聚集形成的圖像稱為磁痕，磁痕的寬度為缺陷寬度的數(shù)倍，即磁痕對(duì)缺陷的寬度具有放大作用，所以磁粉檢測(cè)能將目視不可見(jiàn)的缺陷顯示出來(lái)，具有很高的檢測(cè)靈敏度。能夠形成磁痕顯示的原因是很多的，并不是所有的磁痕都是缺陷產(chǎn)生的，有時(shí)非缺陷處也可能形成磁痕。一般把缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為缺陷磁痕顯示，也叫相關(guān)顯示。由工件截面突變和材料磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示，不是由漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為偽顯示，通常將非相關(guān)顯示和偽顯示統(tǒng)稱為非缺陷磁痕顯示[1]。

某單位生產(chǎn)了一材料為30CrMnMoTiA鋼、規(guī)格為M27×120 mm的螺栓，其生產(chǎn)工藝流程為：φ55 mm圓鋼→粗加工→熱處理(淬火+中溫回火)→表面車(chē)光→熒光磁粉檢測(cè)→精加工。熒光磁粉檢測(cè)后，大量螺栓的螺桿表面出現(xiàn)不同程度的縱向磁痕顯示(長(zhǎng)短不一，寬度為微米量級(jí))，即使通過(guò)機(jī)械加工把表面磁痕消除掉，再進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，磁痕顯示仍然會(huì)再現(xiàn)。筆者對(duì)螺栓產(chǎn)生磁痕顯示的原因進(jìn)行了初步分析：①熱處理因素，螺桿形狀簡(jiǎn)單(淬裂風(fēng)險(xiǎn)小)、淬火介質(zhì)為油(冷卻速度慢，應(yīng)力不大)、回火充分(應(yīng)力消除充分)，故可以排除熱處理環(huán)節(jié)引起的工件開(kāi)裂；②熒光磁粉檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行正常；③挑5件磁痕較多的螺栓進(jìn)行著色探傷和金相檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)開(kāi)口型缺陷；④在螺桿磁痕較多的位置截取一試樣，檢測(cè)其縱向顯微組織，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的帶狀偏析，如圖1所示。

圖1 螺桿顯微組織帶狀偏析形貌Fig.1 Strip segregation morphology of screw microstructure

從上述分析可知，除在磁痕嚴(yán)重的螺桿縱向發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的帶狀偏析外，其他方面均屬正常。而偏析引起非相關(guān)磁痕顯示的觀點(diǎn)，在很多文獻(xiàn)、資料中都有提及[2-6],所以懷疑螺栓磁痕顯示是由其帶狀偏析導(dǎo)致的。為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，筆者通過(guò)擴(kuò)散退火工藝來(lái)改善或消除帶狀偏析，因此開(kāi)展了如下試驗(yàn)及相關(guān)工作。

1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

1.1 擴(kuò)散退火+完全退火

挑選5件磁痕較多的螺栓(螺桿直徑為32 mm)，進(jìn)行如下擴(kuò)散退火+完全退火工藝試驗(yàn)：升溫1 h到900 ℃保溫40 min→繼續(xù)升溫1.5 h到1 100 ℃保溫12 h→隨爐冷卻到小于200 ℃→升溫1 h到880 ℃保溫2 h→隨爐冷卻到小于450 ℃后出爐。

1.2 試驗(yàn)后的檢測(cè)

1.2.1熒光磁粉檢測(cè)

通過(guò)上述試驗(yàn)后，螺栓表面氧化脫碳嚴(yán)重，為降低螺桿表面粗糙度(保證熒光磁粉檢測(cè)的準(zhǔn)確度)，將上述5件螺栓的螺桿機(jī)械加工到直徑22 mm后再進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果磁痕顯示問(wèn)題并沒(méi)有得到改善。

1.2.2 縱向顯微組織檢測(cè)

在上述5件螺栓的螺桿處截取φ22 mm×30 mm試樣，觀察其顯微組織形貌，結(jié)果5件試樣都幾乎看不到帶狀形貌，晶粒也較細(xì)，如圖2所示。

圖2 擴(kuò)散退火+完全退火后的縱向顯微組織形貌Fig.2 Longitudinal microstructure morphology of after diffusion annealing+complete annealing

雖然通過(guò)擴(kuò)散退火+完全退火工藝試驗(yàn)已達(dá)到了消除帶狀偏析的目的，但磁痕顯示問(wèn)題并沒(méi)有得到解決，由此可知，造成該批螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析。

2 分析與討論

從上述的擴(kuò)散退火+完全退火工藝試驗(yàn)結(jié)果可知，螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析，對(duì)其開(kāi)展進(jìn)一步的分析，具體如下。

2.1 塔形發(fā)紋檢測(cè)

對(duì)制造螺栓的φ55 mm圓鋼進(jìn)行塔形發(fā)紋檢測(cè)，檢測(cè)試樣示意圖如圖3所示，結(jié)果3個(gè)階梯均發(fā)現(xiàn)多條發(fā)紋，其長(zhǎng)度和數(shù)量均不符合要求。

圖3 塔形發(fā)紋檢測(cè)試樣示意圖Fig.3 Diagram of tower hairline test sample

2.2 橫向顯微組織檢驗(yàn)

在擴(kuò)散退火+完全退火后縱向無(wú)帶狀偏析而磁痕較多的的螺桿處截取3個(gè)φ22 mm×30 mm的試樣(3件螺栓上各取一個(gè))，觀察其橫向顯微組織，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多個(gè)視場(chǎng)出現(xiàn)不同程度的異常組織，如圖4所示。

圖4 橫截面異常組織微觀形貌Fig.4 Micro morphology of abnormal structure on cross section

2.3 能譜分析

采用能譜(EDS)儀對(duì)圖4中的方框區(qū)域(橫向顯微組織中的大塊狀黑色區(qū)域)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)該微區(qū)成分中并沒(méi)有鉻、錳、鉬、鈦等元素，與基體30CrMnMoTi鋼的主要合金成分完全不吻合。碳元素和氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)異常高，分別為12.78%和32.62%。有害元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了0.46%，比高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼要求的最高含量還高了十幾

倍，由此可見(jiàn)其冶金質(zhì)量較差。由上述分析可知，圖4橫截面異常組織的微區(qū)成分是主要由碳化物和氧化物組成的混合夾雜物。

表1 EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 EDS analysis results(mass fraction) %

由以上分析結(jié)果可知，制造該批螺栓的φ55 mm圓鋼冶金質(zhì)量較差，其夾雜物嚴(yán)重超標(biāo)，用該批材料制成螺栓后，其超標(biāo)的夾雜物被遺留下來(lái)，引起了熒光磁粉檢測(cè)后的磁痕相關(guān)顯示。

3 結(jié)論及建議

盡管帶狀偏析引起工件磁痕顯示已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，但本案例螺栓通過(guò)擴(kuò)散退火+完全退火改善帶狀偏析后仍然出現(xiàn)磁痕相關(guān)顯示，證實(shí)了此批螺栓磁痕相關(guān)顯示的主要原因不是帶狀偏析。通過(guò)進(jìn)一步的塔形發(fā)紋檢測(cè)、橫向金相檢驗(yàn)和能譜分析可知，螺栓磁痕顯示是由原材料的冶金缺陷(夾雜物超標(biāo))引起的。建議提高原材料的冶金質(zhì)量。