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磁粉探伤中常见缺陷——锻造缺陷
2018-6-5 阅读次数:[340]
1.锻造裂纹
产生锻造裂纹的原因,归纳起来一是原材料因素,二是工艺因素。
1.1原材料中的缺陷诸如裂纹、折迭、皮下气泡或严重的非金属夹杂物等均是产生锻造裂纹的原因。
1.2当锻造加热温度不均匀,锻造变形过大时,也会产生锻造裂纹。加热温度不均,在引伸时于,工件产生不均匀延伸,即可产生横裂纹。加热温度过高,易产生氧化皮,这些氧化皮如压入锻件,也会产生裂纹。加热温度不足时,因内部金属的塑性不良而出现裂纹。锻造终锻温度太低时,钢材的塑性下降,也可能产生裂纹,某些合结钢或大断面碳钢,因内部含氢量较高,锻后冷却太快,这些氢来不及逸出,而产生白点。
1.3过烧引起的锻造裂纹
钢坯加热温度过高,或加热时于间过长,会产生过烧。这日时晶界上的氧化物或已熔化的晶界便会降低金属塑性,以致锻造过程中的张应力使锻件被撕开破裂,有时开口,其分布方向可以是辐射状、平行状或成群出现,也有单个出现的。锻件表面往往有较厚的氧化皮。由于加热方式的原因,有时会产生局部过烧,严重时,也会有磁痕显示
1.4模锻件充型不足造成的裂纹
模锻件如因初段时充型不足而形成凹陷,后续锻打时形成裂纹,此类裂纹一般在可见光下可观察到裂纹的形态。这种凹陷在热处理时会扩张。
1.5切边裂
模锻件为确保锻件成形,均须加大余量,这些多余的料将在合模处形成飞边,在模锻成形后应趁热
将飞边切除。如切边时温度过低或切边厚度较厚,会在切边带形成撕裂而成为切边裂。有时切边后未开裂,但这些切边应力有时于在后续热处理中引起开裂。
2.折迭
钢材锻打时形成凸瘤,进一步锻打时被覆盖于本体上,此时因凸瘤已被氧化而不可能与本体熔合,
形成折迭,折迭与本体往往成弧形,有田时成尖锐的夹角见图2-7所示。模锻件有时因模具型腔或操作不当,往往会在同一部位上出现很多件折迭类缺陷。已形成的折迭只要能用打磨方法去除,则不影响其使用。折迭如不消除,有时会给后续热处理带来隐患,引起开裂。
3.碾压裂纹
微型车半轴的园饼部份是碾压成形,由于材质较差,造成碾压时产生弧形裂纹。
汽车车辆或 风电机组高强度螺栓是最重要的连接件。由于高强度螺栓在技术上有一系列特点:高强度、高精度等级;服务条件严酷,它将随主机一起常年经受酷暑严寒和极端温差的考验,承受高温、低温的侵蚀;功率高,交变载荷大、震动、腐蚀和超载等特质;除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外,还会在工作中受到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用,有时还受到冲击载荷;附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动,轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂;而在环境介质的作用下,轴向拉伸载荷会引起螺栓的延迟断裂,以及高温条件下引起螺栓的蠕变等。
 
近年来,随着我国汽车工业和风电项目行业的快速发展,对汽车和风电机组质量的要求也不断提高,汽车工业和风电行业对高强度螺栓等零部件的要求逐渐加严。在高强度螺栓制造的成品表面检验中,引入更加严格、更加精确、直观的“磁粉探伤”方法,由此更容易暴露出高强度螺栓表面和近表面存在的各种磁痕缺陷。但是,对成品检验中存在的磁痕种类区分,是很有必要的。
 
1、磁痕的形貌
 
磁粉探伤检测又称 MTMPTMagnetic Particie testing,适用于钢铁材料等磁性材料的表面附近进行探伤的检测方法。此方法利用铁受磁石吸引的原理,检测过程中使被检测件受到磁力的作用,磁化后的铁磁性材料内部有磁力线传播,当螺栓表面与磁力线成一定夹角的缺陷存在时,缺陷处导磁率与基体材料不同,在缺陷处形成漏磁场,将散布在磁化材料表面的磁粉吸住,形成肉眼可见的磁痕,从而显示出缺陷的位置和形状。
 
2、磁痕的形成原因
 
随着磁粉探伤的方法的引入,在高强度螺栓表面及近表面上存在的裂纹、划痕、发纹等缺陷很容易显示出来。有时,受到探伤电流选择过大等因素影响,高强度螺栓中显微成分偏析(如带状组织等)也能反映出来。这些缺陷的形成因素很多,有的是钢材冶炼过程中产生,如发纹、成分偏析、带状组织、魏氏组织等,有的是在钢材加工或螺栓温镦、热处理、车削过程中产生,如裂缝、划伤等。
 
由于磁痕的形成原因的多样性,在磁粉探伤中,对探伤过程中出现的磁痕必须进行综合分析,不能单凭形状就简单判断磁痕的类别。即要考虑加工方法的影响,更要注意观察磁痕周边的形态和趋势等因素,才能做出正确的判断。只有在区分高强度螺栓磁粉探伤中出现的缺陷类别基础上,才能有针对性地分析不同缺陷的产生原因。
更重要的是,应该进一步探讨磁粉探伤中出现的各种缺陷对高强度螺栓使用过程的影响,研究对策以防止类似事故发生。
 
3、磁痕的分类及影响
 
3.1 裂纹类磁痕
 
裂纹类磁痕大多是在高强度螺栓加工过程或使用过程中产生的。按照高强度螺栓不同形状,加工工艺,各类裂纹类磁痕分为以下几类。
 
① 温镦工艺不当。如加热不当、操作不正确,终锻温度太低、冷却速度太快、尺寸凹凸及折叠处有明显的沟状等原因产生裂纹。
 
② 热处理不当。如加热温度过高、或冷却速度过于激烈,由热应力和组织应力叠加引起裂纹。
 
③高强度螺栓表面在磨削加工过程中,由于所选用的磨削工艺不当,磨削量过大、磨削速度过快引起表面过热或过冷,砂轮不平及砂轮不锋利等形成的裂纹。
 
3.2 发纹类磁痕
 
发纹是由于钢中的非金属夹杂物和气体所形成。在冶炼时,有害杂质元素虽经净化,但却难以彻底消除;加之铸造过程中又有一部分气体和外来的非金属夹杂物混入钢水中,当钢水凝固时,它们未能浮出而被封闭在钢锭(坯)内,在后续的轧制成型时,非金属夹杂物就沿着压延方向拉长,有的被破碎、有的形成条状或链状、片状分布于成材的轴线方向上。
 
在冷镦过程中,部分暴露于螺栓的表面、或部分隐藏于皮下,经磁粉探伤或热冷酸浸蚀就形成肉眼可见的发纹。实际生产中,大量出现由于原材料内部存在大颗粒夹渣或气孔等缺陷,导致高强度螺栓在磁粉探伤时磁痕超标的现象。
 
有资料认为,由于发纹的深度较浅,一般不超过0.15mm,在它的周围不会造成应力集中现象,它和原材料基体金属开裂的裂缝有本质上的不同。后者不论长度、深度、分布都较前者严重的多,而发纹对高强度螺栓的使用危害性却远远小于裂纹。故应将两者加以区别,分别对待,切不可将发纹当作裂纹等同处理。
 
目前,是否存在对磁粉探伤中出现的发纹要求过严的倾向,还需要对成品高强度螺栓做大量的耐久性试验才能断定。也有认为,高强度螺栓磁粉探伤发现的由夹杂物引起的单独分布的综向磁痕对高强度螺栓的疲劳寿命没有影响。
 
3.3 成分偏析类磁痕
 
成分偏析是由于钢水中的合金元素在结晶过程中来不及扩散,造成的成分分布不均,产生成分偏析,这类显微组织在磁粉探伤过程中,也可以显现出来。高强度螺栓的成分偏析类缺陷是带状组织。由于高强度螺栓在服役过程中,主要受到压应力的影响,与非金属夹杂物形成的发纹比较,成分偏析类磁痕的影响更小,对高强度螺栓的疲劳寿命几乎没有影响。资料表明,这类磁痕不会明显降低纵向的拉伸、疲劳断裂等性能。因此,成分偏析类磁痕可认为不会影响高强度螺栓的使用寿命。(此处不进行讨论)
 
4、磁痕的改善方法
 
4.1 裂纹类磁痕
 
裂纹类磁痕在钢材加工或高强度螺栓温镦、热处理、车削等过程中产生。在对原材料进行表面探伤,保证表面质量达到标准的前提下,高强度螺栓可以通过改进模具设计,合理分料,并保证高强度螺栓始锻温度、终锻温度,严格按锻造工艺执行等措施,来减少高强度螺栓表面裂纹类磁痕的出现概率。
 
4.2 发纹类磁痕
 
发纹类磁痕通常应在冶炼工艺中解决,改善铸造过程的结晶状态及增加加工过程的压缩比,此是改进由于钢中气体产生发纹类磁痕的有效措施之一。
 
加工高强度螺栓过程中,加大六角头压缩比或采用“镦拔”工艺,也能将非金属夹杂物变成更加细小的颗粒并使之分布均匀,从而减小由夹杂物形成的发纹类磁痕在高强度螺栓上产生的影响。
 
5. 结语
 
①随着磁粉探伤方法的引入,在高强度螺栓表面或近表面上存在的裂纹、划伤、发纹,甚至成分偏析等缺陷很容易显示出来。区别高强度螺栓磁粉探伤中出现的缺陷类别,分析不同缺陷的产生原因很有必要。
 
②根据磁痕类型不同,采用具有针对性的加工工艺措施,或采用磨光料制造螺栓,可以大大减少高强度螺栓磁痕废品的产生。
 
③裂纹类磁痕大多是在螺栓冷镦或温镦、热处理淬火中产生,主要由非金属夹杂物或低倍缺陷造成;发纹类磁痕及成分类磁痕是在冶炼过程中产生。裂纹类磁痕及发纹类磁痕应小于0.10mm,而成分偏析类磁痕一般不会影响高强度螺栓的疲劳极限。
 
不锈钢为什么也会带磁?
 
人们常以为磁铁吸附不锈钢材,验证其优劣和真伪,不吸无磁,认为是好的,货真价实;吸者有磁性,则认为是冒牌假货。其实,这是一种极其片面的、不切实的错误的辨别方法。
 
不锈钢的种类繁多,常温下按组织结构可分为几类:
 
1、奥氏体型:如201202301304316等;
2、马氏体或铁素体型:如430420410等;
3、奥氏体型是无磁或弱磁性,马氏体或铁素体是有磁性的。
 
通常用作装饰管板的不锈钢多数是奥氏体型的304材质,一般来讲是无磁或弱磁的,但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性,但这不能认为是冒牌或不合格,这是什么原因呢?
 
上面提到奥氏体是无磁或弱磁性,而马氏体或铁素体是带磁性的,由于冶炼时成分偏析或热处理不当,会造成奥氏体304不锈钢中少量马氏体或铁素体组织。这样,304不锈钢中就会带有微弱的磁性。
 
另外,304不锈钢经过冷加工,组织结构也会向马氏体转化,冷加工变形度越大,马氏体转化越多,钢的磁性也越大。如同一批号的钢带,生产Φ76管,无明显磁感,生产Φ9.5管。因泠弯变形较大磁感就明显一些,生产方矩形管因变形量比圆管大,特别是折角部分,变形更激烈磁性更明显。
 
要想完全消除上述原因造成的304钢的磁性,可通过高温固溶处理开恢复稳定奥氏体组织,从而消去磁性。
 
特别要提出的是,因上面原因造成的304不锈钢的磁性,与其他材质的不锈钢,如430、碳钢的磁性完全不是同一级别的,也就是说304钢的磁性始终显示的是弱磁性。
 
这就告诉我们,如果不锈钢带弱磁性或完全不带磁性,应判别为304316材质;如果与碳钢的磁性一样,显示出强磁性,因判别为不是304材质。
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