B50A789 第xx 轉子葉片表面磁粉熒光缺陷分析

詹 平

（中國航發成都發動機有限公司，計量理化中心，四川 成都 610500）

近年來，隨著航空事業的蓬勃發展，不斷有新的材料研制成功，沉淀硬化不銹鋼因其具有較高的強度、耐腐蝕、抗氧化和可焊性被廣泛應用于飛機重要部件上來[1]。

從成分特點來看，B50A789 鋼類似于17-4PH 合金結構鋼，屬于沉淀硬化型馬氏體不銹鋼，主要通過富銅相的時效強化和鉬、鈮的沉淀強化[2]。

熒光磁粉檢測時，缺陷磁痕中的熒光物質吸收紫外光的能量，產生波長與紫外光不一致且與工件表面對比度高的黃綠色熒光，易于觀察[3]。目前沉淀硬化不銹鋼在磁粉檢測過程中主要發現裂紋、夾雜等冶金缺陷[4，5]。局部偏析在成品無損或低倍檢測時常表現為“亮條、暗條或不均勻組織”，肉眼難以分別缺陷類型，為了更明確的判定缺陷性質，則需要明確這些缺陷的性質及形成原因。目前尚無B50A789 鋼異常磁痕分析研究，在進行B50A789 不銹鋼磁粉熒光探傷時發現異常現象，磁痕形貌出現差異（主要呈亮條和暗條），這些異常磁痕顯示對生產中的磁粉檢測評判造成嚴重影響。本文通過對B50A789 不銹鋼葉片進行磁粉熒光發現的異常磁痕形貌進行分類匯總，并通過微觀組織分析、能譜、硬度分析等手段分析其形成原因，為零件在生產中的質量控制提供依據。

1 理化檢驗

現選取3 件代表性葉片進行分析討論，分別標號為:1#、2#、3#。1#葉片沿葉身橫向分布有暗條狀顯示）；2#葉片沿葉身縱向有亮條顯示）；3#葉片沿葉盆橫向分布有亮條顯示）。

1.1 宏觀形貌及金相分析

1.1.1 暗條

1#葉片用FeCl3溶液腐蝕時的磁粉熒光暗條顯示位置的金相組織更為粗大。拋光后，用HNo3水溶液電解腐蝕后，體視鏡下呈現出兩個區域呈暗條分布，A 區域：沿葉身橫向分布（磁粉熒光顯示位置）；B 區域：經腐蝕顯示出的流線呈暗色的區域，且金相組織存在明顯差異：A 區域與B 區域晶粒度為5 級，無暗條顯示的區域晶粒度為9 級。

1.1.2 縱向亮條

2#葉片磁粉熒光下顯示為縱向亮條，可見用FeCl3溶液腐蝕后磁粉熒光觀察為亮條顯示位置的金相組織更為細致，高倍觀察可見沿加工變形方向伸長的細針狀δ-鐵素體和明顯Nb 化物分布。

1.1.3 橫向亮條

3#葉片高倍組織為采用FeCl3溶液腐蝕后在體式鏡下低倍觀察：熒光顯示為亮條處位置呈細條狀，沿葉身橫向分布，其細條狀組織類似葉身縱向分布明暗相間的流線組織。可以看到顯微鏡下放大后亮條顯示位置與正常位置金相組織存在不明顯界限；金相組織均為回火索氏體。晶粒度均為6.5 級。

1.2 能譜分析

采用JEoL（JSM-6610LV）掃描電鏡的能譜儀對1#～3#葉片分析結果見表1～表3。

表1 1#能譜成分分析

磁粉熒光顯示暗條區域和正常位置相比Nb 元素含量偏低，其余元素未見明顯差異。

磁粉熒光顯示亮條處Nb 明顯偏高。

表3 3#葉片能譜成分分析

磁粉熒光顯示亮條處Nb 元素偏高。

1.3 硬度檢查

對1#～3#葉片進行顯微硬度測試，可以看到磁粉熒光顯示亮條區域硬度明顯偏高，見表4。

表4 葉片維氏硬度測量結果

2 討論與分析

2.1 金相組織及硬度分析

由于Nb 對再結晶的抑制作用，使得鑄造枝晶在凝固過程中不能通過再結晶過程向等軸晶轉化及完成組織的均勻化過程，使Nb 的分布不均勻[6]，1#葉片顯示的葉身橫向暗條處相較正常位置，由于Nb 元素對晶粒的細化作用，使得局部Nb 元素含量較高區域晶粒細小，而Nb 含量較低區域晶粒粗大，晶粒差異造成了不同的磁導率差異，進而導致磁痕差異。2#、3#葉片出現的葉身橫向及縱向亮條處Nb 元素含量及硬度較正常位置高，是由于鈮在γ →α 轉變時在鐵素體中析出產生穩定的碳化物和碳氮化物，析出的細小彌散的析出物產生沉淀強化效果，提高了材料的強度。

2.2 熒光形貌分析

材料磁性是由組織結構決定的，雖然鐵素體和馬氏體都是鐵磁性，但馬氏體磁性不如鐵素體強，馬氏體由于融入了鈮碳等間歇性原子，使其成為過飽和固溶體，使得點陣發生畸變，磁鑄結構發生變化，不易移動，從而使其磁化困難，磁性較鐵素體弱

[7]。在磁粉熒光的檢查中顯示出的亮條磁痕，故局部含一定量鈮化物的δ-鐵素體區域更容易磁化導致磁痕顯示。

3 結論

（1）B50A789 沉淀硬化不銹鋼葉片在磁粉熒光檢查時出現的暗磁痕顯示為Nb 局部偏析導致的晶粒大小不均勻。

（2）B50A789 沉淀硬化不銹鋼中的Nb 化物是在磁粉熒光探傷工序檢查時出現亮條顯示的原因。