鍛件磁粉探傷技術(shù)與磁化設(shè)備的應(yīng)用

文／王偉·內(nèi)蒙古一機(jī)集團(tuán)富成鍛造有限責(zé)任公司

磁粉檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)工件缺陷的，是漏磁檢測(cè)方法中最常用的一種。由于不同缺陷產(chǎn)生的裂紋不同，在鍛造過(guò)程中產(chǎn)品的缺陷也不同。本文主要針對(duì)鍛件常見(jiàn)的缺陷及磁痕的特征研究裂紋產(chǎn)生的原因，分析并判定裂紋種類。指出了鍛件磁粉探傷日常工作中應(yīng)注意的問(wèn)題，避免了在日后工作中錯(cuò)檢和漏檢現(xiàn)象的發(fā)生。

鍛件常見(jiàn)缺陷及磁痕特征

鍛件的常見(jiàn)缺陷

⑴源自鑄錠的缺陷。

1)氫白點(diǎn)。氫的主要來(lái)源是在高溫下液體金屬與水蒸氣的反應(yīng)。進(jìn)入液體金屬中的氫在澆注后，隨著金屬的凝固溶解下降而被截留在金屬的點(diǎn)陣中。在厚斷面和高含碳量的鋼中，氫含量超過(guò)×10-4%（分?jǐn)?shù)含量）就易產(chǎn)生氫白點(diǎn)，這是氫擴(kuò)散到晶粒邊界或其他擇優(yōu)部位(如夾雜物和機(jī)體界面處)所產(chǎn)生的小裂紋。

2)非金屬夾雜物。大多數(shù)非金屬夾雜物來(lái)源于熔煉作業(yè)，如果不作進(jìn)一步的自耗重熔處理將之消除，在鍛造過(guò)程中夾雜物的尺寸和數(shù)量是不會(huì)改變和減少的。

3)未熔化電極和“框架”。未熔化電極是在自耗熔煉過(guò)程中，電極棒掉塊落入熔解的金屬中造成的。“框架”則是在錠子表面，由于不均勻的凝固或冷卻速度不一而造成的現(xiàn)象。

4)化學(xué)偏析?；瘜W(xué)偏析是鑄錠中合金元素的不均勻分布。即使是非合金化的金屬，高密度夾雜物或不可溶氣體也可作為不均勻分布。因此，金屬或合金的成分在各處并不完全相同，鍛造不能完全消除這種缺陷。

5)縮管及中心縮孔?？s管及中心縮孔是在金屬凝固過(guò)程中，液體金屬補(bǔ)給不足引起的。除一次縮管靠近錠的頭部外，二次縮管和中心縮孔可延伸到錠的深處。

⑵由鑄錠或毛坯加工引起的缺陷。

1)內(nèi)裂出現(xiàn)在有縮孔、孔隙、偏析或夾雜物的地方，金屬?gòu)?qiáng)度弱，加工的拉應(yīng)力就可以高到足以將其內(nèi)部撕開(kāi)的程度，這種內(nèi)部撕開(kāi)稱為鍛件內(nèi)裂。

2)折疊是熱金屬的凸出部位被壓折并鍛入表面的一種長(zhǎng)條形缺陷。由于表面之間的氧化物出現(xiàn)，因此不存在彼此間的冶金連接。

3)裂紋為一種縱向延伸的表面缺陷，是由非精神夾雜物的大量積聚或深的折疊形成的。裂紋也可以來(lái)自錠表面的缺陷，如已被氧化的孔洞。這種孔洞在鍛造過(guò)程中被簡(jiǎn)單的拉長(zhǎng)，在鍛件表面形成長(zhǎng)條形似裂紋的發(fā)紋。

4)條片是松動(dòng)或裂開(kāi)的鋼片被卷入表面形成的。

5)齒狀鐵素體是表面裂紋，雖已被焊合，但仍含有氧化物和脫碳。

6)過(guò)充滿和飛邊是在熱加工過(guò)程中，壓下量不正確所形成的凸起。

7)未充滿是壓下時(shí)斷面的成形不完全引起的。

⑶由鍛造作業(yè)引起的缺陷。

鍛造中常見(jiàn)的內(nèi)部缺陷有裂紋和撕裂，這是由于鍛造時(shí)所用鍛錘太輕，或是金屬已經(jīng)冷卻到低于安全鍛造溫度卻仍在繼續(xù)鍛造引起的，也可能是由于模具設(shè)計(jì)不當(dāng)或維修不當(dāng)造成的。

在鍛造作業(yè)時(shí)可能產(chǎn)生很多表面缺陷，冷隔常出現(xiàn)在閉模鍛件中，這是由于金屬未完全充滿、兩相鄰面又未完全熔合所形成的接縫。

鋼鍛件中經(jīng)常出現(xiàn)剪切裂紋，這是常出現(xiàn)在切過(guò)飛邊的斷面上的斜裂紋，是由切應(yīng)力造成的。

常見(jiàn)磁痕的特征及缺陷圖

⑴鍛造裂紋。

鍛造裂紋產(chǎn)生的原因很多，屬于鍛造本身的原因有加熱不當(dāng)、操作不正確、終鍛溫度太低、冷卻速度太快等。如加熱速度過(guò)快因熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，鍛造溫度過(guò)低因金屬塑性變差而導(dǎo)致撕裂。鍛造裂紋一般都比較嚴(yán)重，具有尖銳的根部或邊緣，磁痕濃密清晰，呈直線或彎曲線狀，如圖1 所示。

圖1 鍛造裂紋磁痕

⑵鍛造折疊。

鍛造折疊是一部分金屬被卷折或重疊在另一部分金屬上，即金屬間被緊緊擠壓在一起但仍未熔合的區(qū)域，可發(fā)生在工件表面的任何部位，并與工件表面呈一定的角度。產(chǎn)生原因如下。

1)模具設(shè)計(jì)不合理，金屬流動(dòng)受阻，被擠壓后形成折疊，多發(fā)生在倒角部位，磁痕呈縱向直線狀。

2)預(yù)鍛時(shí)打擊過(guò)猛，在滾光過(guò)程中嵌入金屬，磁痕呈縱向弧形線。

3)鍛件拔長(zhǎng)過(guò)度，入型槽終鍛時(shí)，兩端金屬向中間對(duì)擠形成橫向折疊，多分布在金屬流動(dòng)較差的部位，磁痕不是直線形，多呈圓弧形。鍛造折疊缺陷磁痕一般不濃密清晰，但在對(duì)表面打磨后，原磁痕處磁痕往往更加清晰。經(jīng)金相解剖，折疊兩側(cè)有脫碳，與表面成一定角度。鍛造折疊磁痕如圖2 所示。

圖2 鍛造折疊磁痕

⑶白點(diǎn)。

白點(diǎn)是鋼材在鍛壓或軋制加工時(shí)，在冷卻過(guò)程中未逸出的氫原子聚集在顯微空隙中并結(jié)合成分子狀態(tài)，對(duì)鋼材產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，再加上鋼材在熱壓力加工中產(chǎn)生的變形力和冷卻過(guò)程相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力的共同作用下，導(dǎo)致鋼材內(nèi)部的局部撕裂。白點(diǎn)多為穿晶裂紋，在橫向斷口上表現(xiàn)為由內(nèi)部向外輻射狀不規(guī)則分布的小裂紋，在縱向斷口上呈彎曲線狀裂紋或銀白色的圓形或橢圓形斑點(diǎn)，故叫白點(diǎn)。

磁痕特征是：在橫斷面上，白點(diǎn)磁痕呈鋸齒狀或短的曲線狀，中部粗，兩頭尖呈輻射狀分布。在縱向剖面上，磁痕沿軸向分布，呈彎曲狀或分叉，磁痕濃密清晰，如圖3 所示。

⑷淬火裂紋。

圖3 白點(diǎn)磁痕

工件淬火冷卻時(shí)產(chǎn)生的裂紋稱為淬火裂紋，它是由于鋼在高溫快速冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)引起的開(kāi)裂，所以一般都產(chǎn)生在工件的應(yīng)力集中部位，如孔、鍵槽、尖角及截面突變處，淬火裂紋比較深，尾端尖，呈直線或彎曲線狀，磁痕顯示濃密清晰，如圖4 所示。

圖4 淬火裂紋磁痕

⑸發(fā)紋。

磁痕特征清晰而不濃密，兩頭是圓角，擦掉磁痕，目視不可見(jiàn)，如圖5 所示。

⑹冷裂紋。

在200℃～400℃低溫下產(chǎn)生，裂紋一般穿晶擴(kuò)展，有一定深度，磁痕一般為斷續(xù)或連續(xù)的線條，兩端有尖角，如圖6 所示。

圖5 發(fā)紋磁痕

圖6 冷裂紋磁痕

⑺疏松。

磁痕呈點(diǎn)狀或線狀分布，兩端不出現(xiàn)尖角，有一定的深度，磁粉堆積比裂紋稀疏，當(dāng)改變磁化方向時(shí)，磁痕顯示方向也明顯改變，如圖7 所示。

圖7 疏松磁痕

⑻冷隔。

磁痕稀淡而不濃密清晰，一般分布在有較大水平面的薄壁鑄件上及鑄件薄壁的過(guò)渡區(qū)或其他部位，其特征是金屬液被氧化膜分開(kāi)，未熔合在一起，如圖8所示。

圖8 冷隔磁痕

⑼夾雜。

磁痕呈分散的點(diǎn)狀或彎曲的短線狀，軋棒中的非金屬夾雜物，如圖9 所示。

圖9 夾雜磁痕

⑽氣孔。

磁痕特征為磁粉沉積為點(diǎn)狀(橢圓形)或粗短線條狀，磁粉堆積不緊密、較平直。條狀兩端不尖細(xì)，但磁痕有一定的面積，如圖10 所示。

圖10 氣孔磁痕

⑾熱處理缺陷。

淬火裂紋磁痕比較深，尾端尖，呈直線或彎曲線狀，濃密清晰，如圖11 所示。

磁粉探傷在鍛件檢測(cè)中需注意的問(wèn)題

盡管磁粉探傷靈敏度高，但如果操作不當(dāng)也會(huì)造成漏檢，不但發(fā)揮不出磁粉探傷的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)因漏檢給產(chǎn)品的安全帶來(lái)隱患，造成不良的后果。根據(jù)本人在磁粉探傷中的體會(huì)，認(rèn)為在磁粉檢測(cè)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

圖11 熱處理缺陷磁痕

對(duì)受檢工件進(jìn)行預(yù)處理

對(duì)受檢工件進(jìn)行預(yù)處理目的是提高檢測(cè)靈敏度、減少工件表面的雜亂顯示，使工件表面狀況符合檢測(cè)要求，否則會(huì)掩蓋缺陷，造成漏檢，同時(shí)能夠延長(zhǎng)磁懸液的使用壽命。

選擇正確的檢測(cè)方法

目前鍛件產(chǎn)品的種類除了鋼鍛件還有鋁鍛件，根據(jù)產(chǎn)品的材料選擇合適的探傷方法。操作工在接收到工件時(shí)應(yīng)先了解產(chǎn)品材料及重要檢測(cè)位置和評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不要急于干活而忽視了產(chǎn)品的性質(zhì)。在檢測(cè)大型鍛件時(shí)，固定探傷機(jī)無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可考慮磁軛法檢測(cè)。盲目操作極易產(chǎn)生錯(cuò)檢。

操作方法應(yīng)正確

如選擇固定式探傷機(jī)檢測(cè)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：

磁化電流的調(diào)節(jié)，認(rèn)真調(diào)節(jié)好磁化電流是磁化操作的基本要求，調(diào)節(jié)電流時(shí)先將電流表歸零，再逐步增大直到達(dá)到要求數(shù)值為止。

綜合性能鑒定，鑒定工作在每班檢測(cè)開(kāi)始前進(jìn)行。當(dāng)采用靈敏度試片時(shí)，用規(guī)定的方法和電流進(jìn)行磁化，試片上應(yīng)清晰顯現(xiàn)出適當(dāng)大小和數(shù)量的人工缺陷磁痕。

操作方法要正確，采用濕法時(shí)在工件通電的同時(shí)施加磁懸液，至少通電兩次，每次時(shí)間不得少于0.5s，磁懸液均勻潤(rùn)濕后在通電數(shù)次，每次0.5 ～1s，檢驗(yàn)可在通電的同時(shí)或斷電之后進(jìn)行。

磁痕觀察、評(píng)定與記錄

觀察磁痕時(shí)，首先要對(duì)整體檢測(cè)面進(jìn)行檢查，對(duì)磁粉顯示的分布大致了解。對(duì)一些體積太大或太長(zhǎng)的工件，可以劃定區(qū)域分片觀察。如發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)拿記號(hào)筆標(biāo)記清缺陷的位置、長(zhǎng)度，方便返修后進(jìn)行復(fù)檢，對(duì)一些重要的磁痕還應(yīng)該采用照片復(fù)制方便保存。

結(jié)論

磁粉探傷技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在鍛件檢測(cè)中，使用的頻率較高。本文詳細(xì)描述了鍛件缺陷的分布情況，介紹了磁粉探傷技術(shù)的特點(diǎn)，給出了對(duì)應(yīng)選用的磁化設(shè)備及使用方法，對(duì)磁粉檢測(cè)中遇到的問(wèn)題提出了針對(duì)性的解決和修正方法，避免了誤判和漏檢的問(wèn)題，為今后在鍛件檢測(cè)中運(yùn)用磁粉探傷技術(shù)和合理使用磁化設(shè)備提供了參考依據(jù)。