柴油機液壓頂柱用20Cr鋼表面聚磁原因分析

段丙謙，郭紅英，張文清

西寧特殊鋼集團有限責任公司，青海西寧 810005

0 引言

某鋼鐵公司為柴油機廠生產柴油機液壓頂柱用20Cr鋼，在用戶加工零件后表面磨光進行磁粉探傷發現，零件表面出現成簇的聚磁線，經進一步檢驗分析認定，此聚磁線是零件表面存在長度有限的縱向發紋缺陷造成的，最長35mm，最短4mm。對此缺陷形成的原因進行了分析。

1 檢驗分析

1.1 發紋的宏觀檢驗

成品零件呈中空圓柱狀，外表面經過磨削拋光后具有很高的光潔度，直徑Φ34mm，表面沒有肉眼明顯可見的裂紋，經過磁粉探傷后顯現出數條平行于軸線的具有一定長度的聚磁線段。

將此零件表面進行酸浸腐蝕后，顯現出肉眼明顯可見的發紋。

將原材料20Cr鋼棒（規格Φ35mm）進行塔形檢驗，1～5各臺階直徑分別為Φ30mm、Φ26mm、Φ22mm、Φ18mm和Φ14mm。在第2個臺階上肉眼可見數條平行于軸線的發紋。

1.2 發紋的顯微分析

截取部分零件表面進行拋光處理，發紋顯現明顯。對其進行顯微觀察，其縱向形貌為粗細基本均勻的溝槽，寬度80～120μm。

使用線切割機進行橫向切割，對其環狀橫截面進行拋光處理后觀察裂紋橫向形貌，裂紋底部表現為光滑的圓弧形態，沒有向縱深擴展的趨勢。

1.3 非金屬夾雜物檢驗

對零件進行非金屬夾雜物檢驗，發現零件橫向發紋附近分布著較多的塑性夾雜物。對零件缺陷部位橫軸向打磨2mm后沿軸向研磨拋光，夾雜物檢驗結果見表1。

表1 夾雜物檢驗結果單位：（級）

1.4 掃描電鏡檢驗

對照片9、照片10、照片11中的塑性夾雜物進行掃描電鏡檢驗，夾雜物微區成分主要是Ca、Al、Si的氧化物，見表2。分析其組分構成并經過計算，發現此夾雜物是硅酸鋁、硅酸鈣等塑性夾雜物。

表2 掃描電鏡下的微區成分單位：（%）

2 討論

掃描電鏡下元素按一定比例分布，由此計算出的硅酸鹽類夾雜物是硅酸鋁鈣，也即是硅酸鋁和硅酸鈣以一定比例”混合”起來的復合硅酸鹽夾雜物，還有一定數量的氧化物。

計算過程：此電子探針成分為元素的質量百分數，通過元素的原子量計算出元素的原子個數近似值，如表3。

表3 掃描電鏡下的微區成分中元素的原子個數單位：（個）

譜圖1、2中有4個Si原子、1個Ca原子、2個Al原子、12個O原子組成了復合的硅酸鹽夾雜物：Al2（SiO3）3·CaSiO3，剩余的6個Ca原子、5個Al原子、15個O原子組成了復合的：5Al2O3·12CaO和少量的MgO、Na2O等氧化物夾雜物。

譜圖3中有5個Si原子、1個Ca原子、2個Al原子、2Na個原子、15個O原子組成了復合硅酸鹽夾雜物：Al2（SiO3）3·CaSiO3·(Na)2SiO3，的剩余的2個Ca原子、4個Al原子、2個Na原子、14個O原子組成了復合的：2Al2O3·2CaO·Na2O及少量的K2O和少量MgO等氧化物夾雜物。

在軋制過程中，鋼中的塑性硅酸鹽夾雜物和脆性氧化物發生變形并沿著軋制方向延伸成條狀，這種條狀夾雜物破壞了鋼材的連續性，降低了鋼材的力學性能，造成性能的各項異性，特別是是鋼材橫斷面塑性大幅下降。

3 結論

塑性的復合類硅酸鹽及少量氧化物等非金屬夾雜物，在軋制變形時沿軋制方向延展變形，導致鋼材基體形成發紋，當機械加工尺寸恰好使得這些非金屬夾雜物顯現于表面時，導致磁粉探傷聚磁現象。較大的塑性非金屬夾雜物還可造成鋼材材料表面出現明顯裂紋，產生廢品。

[1]徐泰富.基于油液分析的柴油機可靠性試驗中的磨損評價研究[D].武漢理工大學，2007.