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        45#環(huán)鍛件調(diào)質(zhì)后UT 探傷底波異常衰減分析

        2023-02-28 04:36:56郭亮李少雨王永鋒吳軍鄧偉朱圓圓中航卓越鍛造無(wú)錫有限公司
        鍛造與沖壓 2023年3期
        關(guān)鍵詞:粗車(chē)齒圈內(nèi)孔

        文/郭亮,李少雨,王永鋒,吳軍,鄧偉,朱圓圓·中航卓越鍛造(無(wú)錫)有限公司

        45#屬于中碳鋼,由于其具有較好的淬硬性、塑性和綜合力學(xué)性能,同時(shí)價(jià)格低廉,易于切削,常作為齒輪、滾圈、軸類(lèi)和一些結(jié)構(gòu)件的首選材料,被廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、船舶、液壓設(shè)備、建筑行業(yè)等領(lǐng)域。45#環(huán)鍛件制作的齒圈,由于其工況常受交變載荷和高速轉(zhuǎn)動(dòng),其使用壽命與強(qiáng)度和疲勞性能緊密相關(guān),各行業(yè)對(duì)齒圈鍛件探傷要求都很高。我公司生產(chǎn)的一批高度不小于300mm 的45#齒圈經(jīng)調(diào)質(zhì)后靠外圓存在底波異常衰減的情況,不滿足UT探傷要求,制造商和客戶對(duì)該類(lèi)情況不能確認(rèn)是否是缺陷導(dǎo)致,對(duì)產(chǎn)品的驗(yàn)收存在疑義和擔(dān)心。所以,亟需找出45#環(huán)鍛件導(dǎo)致底波異常衰減的原因,避免后續(xù)該類(lèi)產(chǎn)品出現(xiàn)此類(lèi)情況,為后續(xù)批量生產(chǎn)制造提供一種解決方案和思路。

        鍛件尺寸及相關(guān)技術(shù)要求

        技術(shù)要求

        齒圈規(guī)格為φ2348mm/φ2100mm×412mm,材質(zhì)為45#。該產(chǎn)品要求整體鍛造,不允許焊接及補(bǔ)焊。原材料為連鑄圓坯,采用轉(zhuǎn)爐(電爐)+爐外精煉+真空脫氣工藝進(jìn)行冶煉,采用連鑄方式制造。

        鍛件化學(xué)成分滿足GB/T 699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定,根據(jù)JB/T 5000.15-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第15 部分:鍛鋼件無(wú)損檢測(cè)要求》進(jìn)行超聲波檢測(cè),滿足Ⅱ級(jí)要求,且底波衰減不能超過(guò)10dB。鍛件晶粒度按照GB/T 6394-2017《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》進(jìn)行檢驗(yàn),滿足5 ~8 級(jí)。金相組織按照GB/T 13320-2007《鋼質(zhì)模鍛件 金相組織評(píng)級(jí)圖及評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行金相評(píng)定,正火后其組織為均勻的鐵素體和片狀珠光體,不允許存在魏氏組織;調(diào)質(zhì)后其組織為回火索氏體。鍛件熱處理要求為正火、調(diào)質(zhì),調(diào)質(zhì)硬度滿足230 ~280HBW。

        形狀分析

        產(chǎn)品形狀為環(huán)形鍛件,軸向截面為矩形。其產(chǎn)品交付尺寸如圖1 所示。

        圖1 齒圈交付尺寸

        新工藝方案

        產(chǎn)品經(jīng)鍛造、正火、粗車(chē)后探傷,未發(fā)現(xiàn)底波異常衰減情況,調(diào)質(zhì)后粗車(chē)至交付尺寸進(jìn)行UT 探傷,粗車(chē)過(guò)程為產(chǎn)品端面單邊加工2~3mm,內(nèi)孔單邊加工7~8mm,外徑不加工。檢測(cè)結(jié)果顯示,靠近內(nèi)孔10~20mm 位置底波衰減超過(guò)10dB,不滿足技術(shù)要求。為了消除公司生產(chǎn)的45#齒圈鍛件底波異常衰減情況,后續(xù)產(chǎn)品做了工藝調(diào)整。

        試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)材料采用電爐(EAF)+爐外精煉(LF)+真空脫氣(VD)工藝進(jìn)行冶煉,采用連鑄(CC)方式制造。從連鑄圓坯切取20mm的試片進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè),結(jié)果如表1 所示。

        表1 45#鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        試驗(yàn)方法

        選取8 件產(chǎn)品規(guī)格為φ2348mm/φ2100mm×412mm 矩形截面45#環(huán)鍛件,采用表2 所示試驗(yàn)方案進(jìn)行探傷比對(duì)。其中4 件調(diào)質(zhì)前粗車(chē)至φ2354mm/φ2090mm×417mm,4件調(diào)質(zhì)前粗車(chē)至φ2354mm/φ2096mm×417mm。之后,對(duì)8 件產(chǎn)品正火后進(jìn)行粗車(chē)探傷,經(jīng)調(diào)質(zhì)后外徑不加工,粗車(chē)兩平面,粗車(chē)內(nèi)孔至產(chǎn)品規(guī)格尺寸探傷,均采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo),記錄底波衰減情況,并分析方案A 和方案B 調(diào)質(zhì)后從內(nèi)孔每加工單邊2mm 后至內(nèi)孔車(chē)至規(guī)格尺寸的底波衰減和金相組織。金相組織見(jiàn)圖2。

        表2 45#鋼不同狀態(tài)的探傷方案

        圖2 45#正火態(tài)、調(diào)質(zhì)后內(nèi)孔單邊粗車(chē)2mm、調(diào)質(zhì)后內(nèi)孔單邊粗車(chē)8mm 金相組織

        試驗(yàn)結(jié)果

        對(duì)方案A 和方案B 不同狀態(tài)下的產(chǎn)品進(jìn)行UT 檢測(cè),結(jié)果如表3、表4、表5 所示。根據(jù)表3、表4、表5 結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),方案A 和方案B 正火后粗車(chē)探傷、調(diào)質(zhì)后車(chē)平面探傷底波衰減均小于10dB,方案A 調(diào)質(zhì)后粗車(chē)至規(guī)格尺寸底波衰減大于10dB,方案B 調(diào)質(zhì)后粗車(chē)至規(guī)格尺寸底波衰減小于10dB。

        表3 45#鋼正火粗車(chē)后的探傷結(jié)果/db

        表4 45#鋼調(diào)質(zhì)后粗車(chē)平面的探傷結(jié)果/dB

        對(duì)方案A 和方案B 調(diào)質(zhì)后粗車(chē)內(nèi)孔,根據(jù)表6不難發(fā)現(xiàn),方案A 內(nèi)孔粗車(chē)單邊8mm 后底波衰減超過(guò)10dB,方案B 內(nèi)孔粗車(chē)單邊8mm 后底波衰減小于10dB。

        表6 調(diào)質(zhì)后每次加工量單邊2mm 并靠近內(nèi)徑探傷結(jié)果/dB

        試驗(yàn)結(jié)果分析

        熱處理狀態(tài)對(duì)底波衰減的影響

        根據(jù)表3、表4、表5 結(jié)果可知,方案A 和方案B 正火后粗車(chē)和調(diào)質(zhì)后車(chē)兩平面進(jìn)行UT 探傷,不存在底波異常衰減情況,而方案A 調(diào)質(zhì)后粗車(chē)至規(guī)格尺寸后出現(xiàn)底波異常衰減情況,方案B 調(diào)質(zhì)后粗車(chē)至規(guī)格尺寸后未出現(xiàn)底波異常衰減情況。45#正火后得到的組織為珠光體和鐵素體,組織比較均勻。45#調(diào)質(zhì)后表面所得的組織是回火索氏體和少量鐵素體,但隨著距熱處理表面深度加深,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w+少量鐵素體,甚至變成珠光體和鐵素體組織。

        表5 45#鋼調(diào)質(zhì)粗車(chē)至規(guī)格尺寸的探傷結(jié)果/dB

        文獻(xiàn)表明,超聲波衰減取決于頻率、探測(cè)物體的組織結(jié)構(gòu),其檢測(cè)是用脈沖回波的方法測(cè)量的。其中,以45#鍛件為例,探測(cè)物體的組織結(jié)構(gòu)即是指鍛件晶粒、組織(S、P、F)、均勻性等。

        機(jī)械加工余量對(duì)底波衰減的影響

        根據(jù)表6 可知,內(nèi)徑單邊加工量為6 ~8mm 時(shí),靠近內(nèi)徑位置底波衰減開(kāi)始出現(xiàn)異常變化;加工量為8mm,鐵素體含量有所增多,但不明顯。根據(jù)淬透性曲線及CCT 曲線,45#小試樣水淬時(shí),淬透層深度在6~9mm 之間;水較淬火液要好;隨試樣直徑增大或產(chǎn)品尺寸變大,冷卻效果變差,產(chǎn)品淬透層深度變小,即對(duì)于壁厚大于100mm 環(huán)件,其淬透層深度小于9mm。45#調(diào)質(zhì)后表面加工量超過(guò)淬透層深度,金相組織由回火索氏體變?yōu)橹楣怏w+鐵素體。

        結(jié)論

        ⑴在滿足技術(shù)要求的前提下,添加Cr、Ni、Mo等合金元素,以提高材料的淬透性(層深)。

        ⑵奧氏體晶粒度:增加鋼的奧氏體晶粒尺寸(減少鍛比、提高正火溫度等),降低臨界冷卻速度,但大晶粒淬火易開(kāi)裂。

        ⑶原始組織:細(xì)化組織中碳化物尺寸。

        ⑷提高淬火介質(zhì)冷卻能力。

        ⑸產(chǎn)品形狀尺寸:減少內(nèi)徑調(diào)質(zhì)前加工余量,減少淬透層深度加工量。

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