鍛件表面磁痕分析

1.出現的問題

某廠生產的12鍛件機加工成品中,經熒光磁粉探傷后發現8件表面磁痕(在不同表面發現多處軸向細長磁痕)。該產品的主要生產流程為低碳合金結構鋼棒經自由鍛-粗加工-超聲波探傷-半精加工-滲碳-淬火-精加工-磁粉探傷。 產品微觀淬火組織比較均勻,品粒度為ISO標準8級。

2.磁痕分析

通常磁痕的產生有可能為如下質因磨削裂紋、材料白點、淬火裂紋、鍛造裂紋、非金屬夾雜。根據磁痕的外觀形狀、分布就可以初步分辨多數的原因。

2.1 磨削裂紋

當砂輪和工件接觸面較大、砂輪過鈍、進給過大、工件冷卻不當時,將致使工件表面各部位磨削應力變化較大,促使工件滲碳層的壓應力狀態受到嚴重破壞,工件表面由壓應力狀態轉化為拉應力狀態,當應力超過工件本身的強度極限時,零件表面會產生裂紋。它的特點是裂紋細窄、多垂直于磨削方向。該凸輪鍛件表面磁痕的分布比較分散,在熱處理后的梢磨表面和熱處理前的車加工表面都存在磁痕,則可以初步排除磨削造成裂紋的可能。

2.2白點

白點是過氫在鋼中,特別是在熱軋和鍛壓合金冷卻后,析出積聚而產生的內部開裂。白點大多分布在大型軋材或鍛件的近中心或離表面一定距離處,往往成群出現。磁粉探傷發現的白點是其橫斷面,即細小的裂紋,裂紋邊緣呈鋸齒狀。白點對鋼材的機械性能影響極大,厲于不允許缺陷。白點的磁粉圖形呈幼蟲狀或斷線狀,開裂中部粗大,兩端尖細,因而積聚磁粉濃厚而緊密,這顯然細長磁痕不符。

2.3淬火裂紋

如果鋼件過熱,奧氏體長大。淬火中產生的粗針馬氏體會相互碰撞造成應力集中,產生橫向裂紋。淬火中零件表面受拉應力,中心受壓應力;此時一種情況是裂紋在零件的表面,一般較深、較粗。但是本產品晶粒度 良好達到ISO標準8級,顯然不是過熱。當零件形狀比較復雜時,在轉角、溝或加工尖角處也容易產生裂紋。然而在本案例中磁痕在工件平坦的表面大出現, 則至少說明有除形狀之外的內因。

2.4鍛造裂紋

鍛造工藝不當,如加熱冷卻溫度控制不好、操作不正確、工件凹陷折疊等原因造成裂紋一般比較濃密淸晰,或折或彎曲。金屬在鍛造過程中發生流變,因各部分受力變形程度不同,產生的裂紋經常與鋼錠內部缺陷有關。如鍛坯皮下有氣泡時易形成鍛造裂紋,這種鍛造裂紋常出現在鍛件表面,在工作中比較容易發現;又如鍛坯上存在縮孔或夾雜物時,也容易造成鍛造裂紋,縮孔形成的裂紋一般較長,出現在鍛件的心部,屬于內裂,而夾雜物或夾層形成的裂紋細長,分布無規律,這種情況產生的概率比較小。如果裂紋產生的方向不巧,即使超聲波探傷也未必能全部查出。

2.5非金屬夾雜物

軸狀和桿狀零件的非金屬夾雜物的磁痕與發紋相像,一般呈直線狀。非金屬夾雜物通常沿金的纖維方向分布,與前面論述的細長磁痕比較相似。

3.復檢

為了進一步分析磁痕產生的職因,又對實際產品磁痕附近的基材進行取樣并作化學成分分析,另外還針對磁痕解剖取樣進行電子探針分析。

3.1 化學成分檢驗

對從實物進行化學成分分析的結果。材料的化學成分大部分合格,但是其中S超標,這正指向了前述磁痕分析的非金屬夾雜傾向。

3.2 電子探針分析

電子探針分析結果,左邊細條為磁粉探傷發現的缺陷,經過解剖取樣拋光后,針對該缺陷區域進行能譜成分分析。右邊顯示所探點的化學成分。能譜分析測得該點的S = 35.07% ,Mn=53.86%,顯然該缺陷為Mn、S非金屬夾雜。

4.結論

通過對凸輪段表面的磁痕進行初步分析,懷疑該處有可能為非金屬夾雜物。隨后進行化學成分分析,發現S超標。為了進一步確認缺陷的性質,經實物解剖取樣,通過電子探針分析,定得出磁粉探傷發現的磁痕為Mn、S非金屬夾雜,即該批材料在煉制過程中S不達標。