徐會文 李樹林 涂曉劍

(1.太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，山西030001；2.中國鐵路南昌局集團有限公司車輛部，江西330002)

白點的存在對鋼的性能危害性巨大，它使鋼的力學(xué)性能降低，熱處理淬火時使零件開裂，使用時造成零件斷裂。在機械制造行業(yè)中，對于已發(fā)現(xiàn)并確定為白點的鍛件，必須判廢。

目前，主要是通過超聲檢測、酸浸檢驗、磁粉檢測、滲透檢測及斷口檢驗等方法來檢驗與判斷鍛件中是否存在白點。由于白點是一種內(nèi)部氫脆斷口缺陷，而酸浸檢驗、磁粉檢測、滲透檢測及斷口檢驗都必須對工件進行破壞，將工件中的缺陷加工出來才可以實施，作為檢驗手段具有滯后性和破壞性，更適合對已發(fā)現(xiàn)缺陷的定性和定量。超聲檢測則可以在不破壞工件完整性的前提下，對工件內(nèi)部是否存在缺陷進行判斷，并能進行定量、定性判斷。因此，在批量工業(yè)生產(chǎn)中，研究合金鋼鍛件中白點缺陷的超聲檢測特性十分重要。

1 試驗方案設(shè)計

對外購的因存在白點缺陷而整爐報廢的材質(zhì)為18CrNiMo7-6的198件環(huán)形鍛件(圖1)全部重新進行超聲檢測，將超聲檢測結(jié)果和缺陷超聲波波形特點進行分類和總結(jié)，對缺陷性質(zhì)進行了分析和預(yù)判，最后將超聲檢測出不同波形的不合格環(huán)形鍛件進行解剖，通過酸浸檢驗和斷口檢驗對缺陷性質(zhì)作出定性判斷，驗證超聲檢測特征和白點缺陷的關(guān)聯(lián)性，為通過超聲檢測手段來監(jiān)控產(chǎn)品中是否存在白點缺陷提供參考。

2 試驗方法及結(jié)果分析

2.1 超聲檢測

2.1.1 檢測器材及參數(shù)

(1)超聲波儀器型號：USM-35

(2)探頭：2.5 P 20，5 P 20，5 MHz FG30 ?10 mm

(3)靈敏度：?2 mm FBH

(4)耦合劑：機油

圖1 環(huán)形鍛件圖Figure 1 Ring forging

2.1.2 檢測部位及驗收標(biāo)準(zhǔn)

“藍天計劃”提出以規(guī)范化、專業(yè)化為方向，堅持以人為本的工作理念，有步驟、有計劃地建設(shè)和完善兒童福利機構(gòu)，為孤殘兒童提供優(yōu)質(zhì)的特教、康復(fù)和保育服務(wù)，推動構(gòu)建適合中國國情的兒童福利服務(wù)體系。國際最新的觀念提出要實現(xiàn)專業(yè)整合的服務(wù)模式。特殊教育、康復(fù)、保育這三個部門能夠協(xié)調(diào)起來，連同其他專業(yè)，為殘疾兒童提供適合其本人的服務(wù)，就是特殊教育、康復(fù)、保育三位一體整合的服務(wù)模式。

環(huán)形鍛件超聲檢測執(zhí)行EN 10228-3∶2016 4級的要求，兩倍齒高范圍內(nèi)不允許存在大于或等于?2 mm FBH當(dāng)量的缺陷，其它區(qū)域不允許存在大于或等于?3 mm FBH當(dāng)量的缺陷，超聲檢測應(yīng)從軸向和徑向兩個方向進行。

表1 超聲檢測結(jié)果Table 1 Ultrasonic test results

(a)無缺陷處(b)多點狀缺陷處(c)密集缺陷但底波存在處(d)密集缺陷且底波消失處

圖2 環(huán)形鍛件超聲檢測波形顯示
Figure 2 Waveform display of ultrasonic testing of ring forgings

2.1.3 超聲檢測結(jié)果

超聲檢測結(jié)果統(tǒng)計如表1所示。

2.1.4 超聲檢測波形特征分類

對上述3爐環(huán)形鍛件進行超聲檢測后，將超聲檢測波形進行分類，共存在四種類型：

(1)檢測區(qū)域無任何缺陷回波，底波正常，見圖2(a)；

(2)檢測區(qū)域存在多點狀缺陷回波，底波正常，見圖2(b)；

(4)檢測區(qū)域存在密集缺陷回波，底波完全消失，見圖2(d)。

2.2 波形特征及工藝分析

圖2(a)中波形代表超聲檢測未發(fā)現(xiàn)缺陷回波，且底波未有明顯衰減，屬于正常波形顯示。

圖2(b)和圖2(c)中波形代表工件內(nèi)部存在缺陷反射回波，二者區(qū)別在于缺陷數(shù)量和間距不同，圖2(b)缺陷數(shù)量較少，缺陷之間距離較分散，圖2(c)中缺陷數(shù)量較多，缺陷間距較小，分布比較集中，二者底波均未見明顯衰減，說明缺陷大小小于主聲束寬度，不足以完全遮擋超聲波的傳播。

圖2(d)中的波形表示工件內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)存在密集的缺陷反射波，且底波完全消失。對于本次超聲檢測的環(huán)形鍛件，其軸向檢測面和底面平行，故造成底波消失的原因可能有兩種：一種是內(nèi)部存在較大的點狀缺陷，缺陷尺寸大于超聲波主聲束寬度，將超聲波完全遮擋，使超聲波無法到達工件的底面，或內(nèi)部存在數(shù)量較多的密集性缺陷，造成超聲波傳播過程能量損失較多，從而造成底波消失；另一種原因是工件晶粒粗大，使得超聲波在傳播過程中能量損失嚴(yán)重，造成底波消失。而本次超聲檢測的129件環(huán)形鍛件具有相同的材質(zhì)和熱處理狀態(tài)，大部分工件超聲檢測完全正常，即使底波消失的環(huán)形鍛件，除缺陷部位外的大部分區(qū)域波形顯示也都是正常的，因此，可以判定工件的底波消失與晶粒粗大無關(guān)，而是存在較嚴(yán)重的密集缺陷造成的。

環(huán)形鍛件超聲檢測時，缺陷的波峰較強，且波形尖銳而清晰，當(dāng)移動探頭時，缺陷反射變化迅速；降低探測靈敏度以后，缺陷反射波仍然很高；底波消失的部位都存在密集缺陷。

環(huán)形鍛件超聲檢測缺陷所在的位置基本集中在靠近內(nèi)孔的具有一定長度的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，且距探測表面的深度均在50 mm～214 mm的區(qū)域內(nèi)。

該環(huán)形鍛件材質(zhì)為18CrNiMo7-6。該3爐每一爐號環(huán)線鍛件中存在缺陷的產(chǎn)品比例明顯高于正常爐次，同一環(huán)形鍛件上缺陷基本為多點狀或密集分布。

綜合上述波形特征、缺陷車輪存在比例、缺陷位置、車輪材質(zhì)等一系列特征，初步判斷該環(huán)形鍛件中的缺陷為密集型的白點裂紋。

2.3 理化檢驗驗證

將具有圖2(c)、圖2(d)中超聲檢測波形的缺陷車輪各取兩件，對缺陷部位解剖后進行酸浸檢驗和斷口檢驗，檢驗結(jié)果如圖3和圖4所示。

(a)具有圖2(c)波形顯示的試片

(b)具有圖2(d)波形顯示的試片圖3 環(huán)形鍛件低倍試片酸浸后宏觀形貌Figure 3 Macroscopic morphology of test piece of ring forgings after acid leaching

圖4 具有圖2(d)波形顯示的環(huán)形鍛件低倍試片斷口形貌
Figure 4 Fracture morphology of test piece of ring forging with waveform in figure 2(d)

圖3試片上存在大量的細(xì)小裂紋，最長約5mm，經(jīng)過顯微鏡觀察，形態(tài)曲折、連續(xù)、端部尖銳，首尾呈一定角度，具有白點裂紋的微觀特征[1-2]，從試樣斷口上觀察(圖4)，斷口基體上分布銀色斑點，是典型的白點裂紋[3]。

3 結(jié)論

(1)超聲檢測可以對環(huán)形鍛件內(nèi)部的白點缺陷進行有效檢測，并對缺陷性質(zhì)進行初步預(yù)判，是目前適合工業(yè)化批量生產(chǎn)中檢測合金鋼鍛件中白點缺陷的比較有效的手段。

(2)18CrNiMo7-6環(huán)形鍛件中的白點缺陷具有某些超聲檢測特征，可以作為對缺陷預(yù)判定性的依據(jù)：1)缺陷的超聲波波峰較強，且波形尖銳而清晰，當(dāng)移動探頭時，缺陷反射變化迅速；降低探測靈敏度以后，缺陷反射波仍然很高；缺陷波往往以多點狀或密集的形態(tài)出現(xiàn)，嚴(yán)重時伴隨底波消失的情況。2)環(huán)形鍛件中白點缺陷集中分布在工件上特定的區(qū)域內(nèi)，周向具有一定長度，且距探測表面有一定的深度。3)相同熱處理工藝生產(chǎn)的同種環(huán)形鍛件，同一爐號中存在缺陷的產(chǎn)品比例明顯高于正常爐次。