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淬火工藝是金屬零件提高力學性能的重要熱處理工藝手段，但由于該工藝過程中容易出現(xiàn)工藝缺陷，因此我們需要對淬火后的零件進行磁粉無損檢測。

 

在磁粉無損檢測工作中，淬火后零件除了可能存在由于材料及加工工藝本身造成的缺陷外，也會存在一些其他復雜因素綜合作用而產生的磁痕，這些磁痕多數(shù)為缺陷磁痕，但是也有部分屬于非相關磁痕，如果磁粉檢測時，檢測人員不能準確識別，就會把缺陷磁痕誤判為非相關磁痕，從而產生漏檢，給工件帶來安全隱患；也可能把非相關磁痕誤判為缺陷磁痕，會把合格的零件拒收或報廢，造成不必要的經濟損失。為了準確判定磁痕產生的原因及性質，需要我們綜合利用相關專業(yè)知識進行全面分析，從而摸清規(guī)律，積累經驗，抓準各種磁痕的特征，提高檢驗準確度和可靠性。

 

1.淬火零件所用材料與制造、無損檢測工藝

（1）淬火零件所用常見材料與一般制造工藝過程

采用淬火工藝的機械零件種類與品種很多，如曲軸、連桿、連桿螺栓、變速桿、撥叉、花鍵軸及齒輪等，這些零件采用的材料有精選45鋼、40Cr、38CrMnSi、42CrMo等，而且都是鍛件。制造工序一般為原材料切斷、鍛造、調質、機加工、表面熱處理、精加工、磁粉無損檢測、檢查、入庫。

 

（2）磁粉無損檢測設備與檢測方法

淬火零件采用固定式交直流磁粉探傷機進行整體磁化。無損檢測方法有剩磁法或連續(xù)法。磁化方法有復合磁化法、通電法（周向磁化）和整體磁軛法（縱向磁化）。

 

（3）磁粉無損檢測磁化規(guī)范的確定

周向磁化規(guī)范：連續(xù)法為

I=（8～10）D     （1）

式中 I——磁化電流（A）；

D——工件直徑（mm）。

剩磁法為

I=（20～30）D    （2）

式中  I——磁化電流（A）；

D——工件直徑（mm）。

縱向磁化規(guī)范：使用整體磁軛法，按式（3）進行計算

式中 I——磁化電流（A）；

N——線圈匝數(shù)（Z）；

L——工件長度（mm）；

D——工件直徑（mm）。

使用上述公式計算后，應選用適合的標準靈敏度試片進行驗證，確認最佳的磁化電流參數(shù)。

 

（4）磁粉無損檢測的檢測介質

磁粉為YC-2熒光磁粉或黑色磁粉；載液配比為50%變壓器油、50%煤油；熒光磁粉配制濃度為1～2g/L，黑磁粉配制濃度為18～20g/L。

 

（5）磁粉無損檢測的觀察條件

采用熒光磁粉檢測時，應符合GB/T 5097—2005中5.3的要求?，F(xiàn)場必須設立半暗室，暗室內白光照度應低于20lx，并保證檢測時，被檢工件表面上UV-A黑光輻照度應大于1000μW/cm²，并沒有干擾因素。

 

采用非熒光磁粉檢測時，應符合GB/T 5097—2005中4.3的要求。現(xiàn)場環(huán)境的日光或燈光的照度應保證被檢工件表面的光照度大于等于500lx，并應沒有其他可能干擾檢測人員對檢測結果進行正常觀察和結果判斷的因素（逆光或噪音等）。

 

2.淬火零件常見缺陷磁痕

（1）淬火裂紋

是工件淬火冷卻時，由于材料或熱處理工藝不當而產生的裂紋。它是由于鋼在高溫快速冷卻時產生的熱應力和組織應力超過鋼的抗拉強度時引起的工件的開裂，是一種工藝缺陷。這種裂紋在工件上產生的部位，一般出現(xiàn)在工件容易產生應力集中的部位，如孔的邊緣、鍵槽、尖角處、截面尺寸突變或階梯過渡處等。

 

淬火裂紋磁痕特征：形狀呈直線狀或彎曲狀，嚴重呈樹枝狀或網(wǎng)狀，尾端尖細，棱角較多，有時呈鋸齒形。裂紋深寬比大，磁痕顯示細而濃密，輪廓清晰，形態(tài)剛健瘦直，重現(xiàn)性好。抹去磁痕，一般肉眼或低倍放大鏡可見。拖拉機零件常見淬火裂紋分布規(guī)律如圖1～圖10所示。

圖7 撥叉淬火裂紋

圖8  齒輪齒根部淬火裂紋

 

 

（2）表面感應加熱淬火裂紋

為提高工件表面的耐磨性能，進行高頻、中頻、工頻感應加熱，使工件表面很薄一層迅速加熱到淬火溫度并立即噴水冷卻進行淬火，在此過程中，由于感應加熱參數(shù)控制不當或加熱冷卻不均勻而產生表面感應加熱淬火裂紋。這種裂紋產生的部位，容易出現(xiàn)在油孔、鍵槽、齒輪齒根部、階梯過渡處、淬硬與非淬硬區(qū)過渡處等。

 

拖拉機曲軸表面淬火裂紋分布規(guī)律如圖11～圖13所示。其中，圖11為位于曲軸油孔處呈輻射狀的油孔表面淬火裂紋，圖12為位于曲軸頸或連桿頸上淬硬層與非淬硬層過渡區(qū)處，沿著軸頸的圓周方向分布的周向表面淬火裂紋，是細線狀，尾端較細，磁痕濃密清晰。深度一般不大于0.1mm，抹去磁痕，用5倍放大鏡不可見。圖13為位于軸頸表面上噴水孔表面淬火裂紋，呈網(wǎng)狀或平行狀。

圖13 曲軸軸頸上噴水孔淬火裂紋

拖拉機花鍵軸表面淬火裂紋分布規(guī)律如圖14～圖16所示。其中，圖14、圖15為位于花鍵軸鍵槽面上表面淬火裂紋。圖16為花鍵軸階梯過渡上橫向的表面淬火裂紋。

圖14 花鍵軸鍵槽面上表面淬火裂紋

 

 

3.淬火零件的非相關磁痕

（1）金屬流線磁痕

是由于金屬流線引起的非相關磁痕。金屬流線是鋼錠中固有的枝晶偏析及各種細小非金屬夾雜物，經熱加工變形沿著金屬材料軋制發(fā)現(xiàn)延伸拉長而形成的纖維狀的組織也稱金屬纖維組織。這種組織在連續(xù)法磁粉無損檢測中，磁化電流過大時，會出現(xiàn)金屬流線磁痕。如圖17～圖20所示。

圖17  曲軸連桿頸上的金屬流線磁痕

 圖18  曲軸連桿頸上的金屬流線磁痕

 

圖19  曲軸軸頸上的金屬流線磁痕

圖20  曲軸軸頸上的金屬流線磁痕

 

磁痕特征：一般成群出現(xiàn)，呈不連續(xù)或連續(xù)平行于軸向的線狀，沿金屬纖維方向分布，磁痕濃度淡薄。退磁后，降低磁化電流，磁痕會基本消失。

 

為進一步確認，對連桿頸磁痕部位進行金相解剖驗證分析，結果表明連桿頸上的磁痕確系金屬流線引起的非相關磁痕。

 

（2）表面感應淬火過渡區(qū)磁痕

表面感應淬火時，工件淬硬部分與非淬硬部分之間，因金相組織不同，在交界處產生的非相關磁痕。我們進行拖拉機驅動輪軸磁粉無損檢測時，在工件的淬火區(qū)發(fā)現(xiàn)有周向淬火裂紋，如圖21中紅色箭頭所指2#磁痕，但在靠近淬火過渡區(qū)附近還有一條周向較為規(guī)則的磁痕，如圖21中白色箭頭所指1#磁痕。

 

圖21  驅動輪軸表面感應淬火過渡區(qū)磁痕與淬火裂紋磁痕

垂直于磁痕取樣，通過金相解剖及顯微觀察分析，1#磁痕處于感應淬火過渡區(qū)。1#磁痕是由于感應淬火過渡區(qū)兩側組織不同，導致其磁導率有差異，因而在磁粉無損檢測過程中，軸頸上形成環(huán)形的非相關磁痕，磁痕處放大100倍后的顯微形貌如圖22所示。

 

經金相解剖分析，2#磁痕為裂紋，該裂紋是感應淬火裂紋，裂紋磁痕處放大100倍后的顯微形貌如圖23所示。

圖22  1#磁痕部位放大100倍的顯微形貌

圖23  2#磁痕部位放大100倍的顯微形貌 

 

圖24是另一件驅動輪軸的磁痕照片，在軸頸處有兩條磁痕，都不在淬火區(qū)。

 

垂直磁痕取樣進行顯微觀察，磁痕部位的顯微形貌如圖25所示，兩個磁痕處均為組織發(fā)生變化的部位，如圖25中箭頭所指部位。

 

通過金相解剖確定，驅動軸表面磁痕不是裂紋、夾雜物等相關磁痕，而是軸頸表面感應淬火存在兩個過渡區(qū)（馬氏體和托氏體之間的過渡區(qū)，感應淬火區(qū)和基體之間的過渡區(qū)）由于組織差異，導致磁導率不同而形成的非相關磁痕。

圖24  驅動輪軸表面感應淬火兩個過渡區(qū)磁痕

圖25  磁痕部位的顯微形貌

 

（3）帶狀組織引起的磁痕

鋼錠在凝固時產生的樹枝狀偏析，導致鋼的化學成分不均勻，在枝晶間隙中形成碳化物，在軋制過程中沿壓延方向被拉成帶狀，即所謂的帶狀組織。帶狀組織導致組織的不均勻性，因磁導率的差異而形成磁痕。

 

我們在進行臂軸磁粉無損檢測時在臂軸側面（分模面）出現(xiàn)了磁痕，經觀察兩側均有分布，延伸方向沿臂軸縱向分布，兩側形態(tài)略有不同，這里分別描述為A側與B側，A側為單條磁痕，在花鍵部位較為清晰；B側顯示的多條磁痕呈帶狀出現(xiàn)，單個磁痕類似發(fā)紋，磁痕松散不濃密。磁痕形貌與分布如圖26、圖27所示。

圖26  臂軸A側磁痕形貌與分布

 圖27  臂軸B側磁痕形貌與分布

 

為確認磁痕性質，我們從臂軸上不同部位取樣，觀察零件微觀金相組織。經過觀察發(fā)現(xiàn)，圖26中臂軸A側花鍵部位的單條磁痕處，存在輕微的凹痕，不屬于零件缺陷，附近金相組織正常，應為零件的劃傷，如圖28所示。圖27臂軸B側顯示的多條磁痕成束出現(xiàn)部位金相組織正常，未觀察到明顯缺陷，如圖29所示，退火后心部帶狀組織為3級，在正常范圍內，如圖30所示。

圖28 臂軸A側磁痕附近金相組織

圖29 臂軸B側磁痕附近金相組織

圖30 臂軸B側磁痕部位退火后心部帶狀組織（100×）

對零件進行熱酸蝕檢測后發(fā)現(xiàn)，在原先發(fā)現(xiàn)磁痕的部位，經腐蝕發(fā)現(xiàn)輕微的呈束狀分布的凹坑，如圖31所示。

(a)熱酸蝕后在分模面附近出現(xiàn)的凹坑    (b) 熱酸蝕后在分模面附近出現(xiàn)的凹坑（10×）

圖31 熱酸蝕后檢測情況

凹坑應為帶狀組織中的碳化物被酸腐蝕后產生的，因此造成磁痕的原因為帶狀組織在臂軸分模面聚集引起的非相關磁痕。

 

4.結語

從以上所述可以看出，在對淬火后零件進行磁粉無損檢測時，由于材料、熱加工工藝等原因或其他因素的影響，不僅會產生缺陷磁痕，還會產生各種非相關磁痕，給正確判斷造成一定的困難。在識別時，我們應該結合工件的結構和加工工藝特點，選擇合適的磁化方法和正確的磁化參數(shù)，必要時借助于其他無損檢測方法或金相解剖進行驗證，對磁痕進行綜合分析，找出其典型特征和規(guī)律性，保證磁粉無損檢測結果的準確性，避免漏檢和誤判，為改進淬火零件加工工藝提供可靠依據(jù)，為加強產品質量控制提供有效保障。