閉鎖體磁粉檢測黑色線磁痕產生原因

張彥文，張友登，楊志婷，陶　勇

(1.武鋼研究院， 武漢 430080；2.武鋼質檢中心, 武漢 430080)

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閉鎖體磁粉檢測黑色線磁痕產生原因

張彥文1，張友登1，楊志婷1，陶勇2

(1.武鋼研究院， 武漢 430080；2.武鋼質檢中心, 武漢 430080)

在對火箭炮用閉鎖體進行磁粉檢測時，批量出現疑似裂紋的黑色線磁痕。經低倍檢驗、光學顯微鏡及掃描電鏡分析后發現，黑色線磁痕的形成是由于負偏析引起，不是裂紋，屬于非相關顯示。結果表明：只要連鑄時選擇合適的電磁攪拌強度和攪拌時間，就可以減輕負偏析。

磁粉檢測；黑色線磁痕；負偏析；磁導率；裂紋

磁粉檢測對表面缺陷有很高的檢測靈敏度,準確性和可靠性高，具有直觀、經濟方便的優點[1]。磁粉檢測是對鐵磁性材料表面和近表面進行檢測的優先選用方法[2]。

在對火箭炮閉鎖體磁粉檢測時，發現部分產品側面中心、局部區域有黑色線磁痕顯示，疑似存在裂紋，見圖1。

圖1　閉鎖體宏觀形貌

該閉鎖體材料為60Si2CrVA鋼；制作工藝為：下料→鍛造→退火→機械加工→淬火→噴砂→磁粉檢測→表面處理→入庫。

根據磁粉檢測原理，當工件被磁化后，若工件表面及近表面存在兩種磁導率不同的介質，就會在磁導率變化的部位發生磁感應線畸變，從而吸附磁粉檢測過程中施加的磁粉，形成磁痕[3]。而珠光體與鐵素體的磁導率不一樣，所以磁粉檢測時在偏析帶部位顯示出條狀磁痕；這不是裂紋，是非相關顯示[4]。為了弄清該黑色線磁痕是否為裂紋，筆者進行了相關檢驗分析。

1　宏觀檢查

閉鎖體宏觀形貌見圖1，圖中箭頭A指向磁粉檢測發現黑色線磁痕部位，與之對稱的B處磁粉檢測未發現明顯黑色線磁痕。黑色線磁痕位置為鍛壓彎折成形部位。圖2為磁粉檢測黑色線磁痕外觀。

圖2　磁粉檢測黑色線磁痕外觀

2　低倍顯微鏡檢查

試樣經熱酸浸蝕后進行低倍顯微鏡檢查，黑色線磁痕部位未觀察到裂紋，但存在黑色線狀低倍偏析，偏析線的位置正好與檢測時的黑色線磁痕部位相對應，見圖3。

圖3　偏析線低倍形貌

圖4　夾雜物金相分析

3　光學顯微分析

分別在偏析缺陷部位截取縱向、橫向金相試樣，磨制拋光，鋼中夾雜物為A1.5，B0.5，C0,D0,DS1.5，見圖4。

拋光面經試劑浸蝕后，可見基體組織為珠光體和鐵素體，黑色線狀區域為偏析帶，該部位組織為鐵素體和珠光體，見圖5(a)、(b)，正常部位組織見圖5(c)。

圖5　偏析帶及正常部位金相分析

圖6　偏析帶低倍形貌

4　掃描電鏡及能譜儀分析

掃描電鏡下偏析帶低倍形貌見圖6，不同倍數放大見圖7，亦可見偏析帶鐵素體較多，形成帶狀，無裂紋存在。正常部位組織見圖8，珠光體含量較多，少量的鐵素體成無序排列。偏析帶能譜分析見圖9，正常部位能譜分析見圖10，可見正常部位碳含量高于偏析部位(能譜儀無法準確定量測定碳元素，但可比較相對含量)。

圖7　偏析部位組織放大形貌

圖9　偏析部位形貌與能譜

圖10　正常部位形貌與能譜

5　討論

磁粉檢測時，發現部分產品有黑色線磁痕，疑似裂紋。低倍顯微鏡檢查時，在磁粉檢測疑似裂紋部位發現存在偏析線；但光學顯微分析及掃描電鏡分析時，在偏析部位均未觀查到大裂紋存在。偏析部位放大觀查，偏析帶上組織為鐵素體和少量珠光體，而正常部位組織為珠光體和少量鐵素體。因此，根據鐵碳合金金相圖推測，偏析帶上碳含量低于正常部位，屬于負偏析。能譜微區成分分析證實了這一點。鋼中夾雜物在正常范圍。

有文獻認為，按技術條件檢驗合格的原材料，其零件出現的偏析現象不會成為疲勞裂紋優先萌生的條件，即偏析區與正常區在零件受力時沒有明顯差別，且不會降低構件的疲勞強度[5]。即按設計要求選擇的、按技術條件檢驗合格的原材料，偏析不會影響零件的正常使用。

鋼中負偏析的形成，是由于連鑄時工藝參數不完善造成的。一般說來，電磁攪拌強度越高，攪拌時間越長，引起的負偏析越嚴重[6]。因此，為了減輕負偏析，要選擇合適的電磁攪拌強度和攪拌時間。

6　結論

(1) 磁粉檢測時的黑色線磁痕是由于鋼中存在負偏析引起的，不是裂紋。

(2) 零件中的負偏析不會降低其疲勞強度。

(3) 連鑄時，可以通過選擇合適的電磁攪拌強度和攪拌時間來減輕負偏析，從而避免磁粉檢測時出現此類非相關顯示。

[1]姚力，胡學知，范呂慧.壓力容器無損檢測-磁粉檢測技術[J].無損檢測，2004，26(6)：302-306.

[2]李增潤，袁向東.超臨界鍋爐過熱器/再熱器用T23鋼焊接裂紋的磁粉探傷[J].無損檢測，2014，36(6)：62-64.

[3]涂文斌，薄錫金，劉德林.旋翼軸磁痕顯示原因分析[J].失效分析與預防， 2014，9(6)：375-378.

[4]宋志哲.磁粉檢測[M].北京:機械工業出版社，2014：115-117.

[5]馮繼軍，郭文芳，曾照鴻.48MnV非調質鋼汽車發動機曲軸探傷磁痕現象分析及對疲勞性能的影響[J].理化檢驗-物理分冊，2010，46(1)：40-44.

[6]紀振雙，姚留枋，唐仲和,等. 連鑄過程采用電磁攪拌時的負偏析帶的形成機理[J].鋼鐵研究學報，1993(2)：9-16.

The Cause of Black Line Trace of Magnetic Particle Inspection for Atresia

ZHANG Yan-wen1, ZHANG You-deng1, YANG Zhi-ting1, TAO Yong2

(1.Research and Development Center of Wuhan Iron and Steel Company, Wuhan 430080, China;2.Quality Inspection Center of Wuhan Iron and Steel Company, Wuhan 430080, China)

There appears the magnetic mark line during magnetic particle inspection of the batch atresias used by rockets. It was suspected that there might be cracks in the products. It is whereas concluded that the magnetic mark lines are caused by segregation and there are no cracks in the material following a careful analysis by macroscopic examination, scanning electronic microscope and metallographic microscope. The magnetic mark lines can be avoided by choosing the appropriate electromagnetic stirring intensity and stirring time during continuous casting.

Magnetic particle inspection; Magnetic mark line; Negative segregation; Magnetic permeability; Crack

2015-11-07

張彥文(1972-)，男，博士，教授級高工，主要從事金屬材料失效分析工作。

張彥文,E-mail: zyw8372@163.com。

10.11973/wsjc201609020

TG115.28

B

1000-6656(2016)09-0075-03