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磁粉檢測是利用磁粉聚集形成的磁痕來顯示工件上的不連續(xù)性和缺陷。通常把磁粉檢測時磁粉聚集形成的圖像稱為磁痕，磁痕的寬度為缺陷寬度的數(shù)倍，即磁痕對缺陷的寬度具有放大作用，所以磁粉檢測能將目視不可見的缺陷顯示出來，具有很高的檢測靈敏度。能夠形成磁痕顯示的原因是很多的，并不是所有的磁痕都是缺陷產(chǎn)生的，有時非缺陷處也可能形成磁痕。一般把缺陷產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為缺陷磁痕顯示，也叫相關(guān)顯示。由工件截面突變和材料磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示，不是由漏磁場形成的磁痕顯示稱為偽顯示，通常將非相關(guān)顯示和偽顯示統(tǒng)稱為非缺陷磁痕顯示。

 

事故背景

 

某單位生產(chǎn)了一材料為30CrMnMoTiA鋼、規(guī)格為M27×120mm的螺栓，其生產(chǎn)工藝流程為：?55mm圓鋼→粗加工→熱處理(淬火+中溫回火)→表面車光→熒光磁粉檢測→精加工。熒光磁粉檢測后，大量螺栓的螺桿表面出現(xiàn)不同程度的縱向磁痕顯示(長短不一，寬度為微米量級)，即使通過機械加工把表面磁痕消除掉，再進(jìn)行磁粉檢測時，磁痕顯示仍然會再現(xiàn)。

 

筆者對螺栓產(chǎn)生磁痕顯示的原因進(jìn)行了初步分析：

①熱處理因素，螺桿形狀簡單(淬裂風(fēng)險小)、淬火介質(zhì)為油(冷卻速度慢，應(yīng)力不大)、回火充分(應(yīng)力消除充分)，故可以排除熱處理環(huán)節(jié)引起的工件開裂；

②熒光磁粉檢測設(shè)備運行正常；

③挑5件磁痕較多的螺栓進(jìn)行著色探傷和金相檢測，未發(fā)現(xiàn)開口型缺陷；

④在螺桿磁痕較多的位置截取一試樣，檢測其縱向顯微組織，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的帶狀偏析，如圖1所示。

 

圖1 螺桿顯微組織帶狀偏析形貌

 

從上述分析可知，除在磁痕嚴(yán)重的螺桿縱向發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的帶狀偏析外，其他方面均屬正常。而偏析引起非相關(guān)磁痕顯示的觀點，在很多文獻(xiàn)、資料中都有提及，所以懷疑螺栓磁痕顯示是由其帶狀偏析導(dǎo)致的。為了驗證這個猜想，筆者通過擴散退火工藝來改善或消除帶狀偏析，因此開展了如下試驗及相關(guān)工作。

 

試驗過程與結(jié)果

 

1、擴散退火+完全退火

 

挑選5件磁痕較多的螺栓(螺桿直徑為32mm)，進(jìn)行如下擴散退火+完全退火工藝試驗：升溫1h到900℃保溫40min→繼續(xù)升溫1.5h到1100℃保溫12h→隨爐冷卻到小于200℃→升溫1h到880℃保溫2h→隨爐冷卻到小于450℃后出爐。

 

2 試驗后的檢測

 

熒光磁粉檢測

通過上述試驗后，螺栓表面氧化脫碳嚴(yán)重，為降低螺桿表面粗糙度(保證熒光磁粉檢測的準(zhǔn)確度)，將上述5件螺栓的螺桿機械加工到直徑22mm后再進(jìn)行檢測，結(jié)果磁痕顯示問題并沒有得到改善。

 

縱向顯微組織檢測

在上述5件螺栓的螺桿處截取?22mm×30mm試樣，觀察其顯微組織形貌，結(jié)果5件試樣都幾乎看不到帶狀形貌，晶粒也較細(xì)，如圖2所示。

圖2 擴散退火+完全退火后的縱向顯微組織形貌

 

雖然通過擴散退火+完全退火工藝試驗已達(dá)到了消除帶狀偏析的目的，但磁痕顯示問題并沒有得到解決，由此可知，造成該批螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析。

 

分析與討論

 

從上述的擴散退火+完全退火工藝試驗結(jié)果可知，螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析，對其開展進(jìn)一步的分析，具體如下。

 

1 塔形發(fā)紋檢測

 

對制造螺栓的?55mm圓鋼進(jìn)行塔形發(fā)紋檢測，檢測試樣示意圖如圖3所示，結(jié)果3個階梯均發(fā)現(xiàn)多條發(fā)紋，其長度和數(shù)量均不符合要求。

 

圖3 塔形發(fā)紋檢測試樣示意圖

 

2 橫向顯微組織檢驗

 

在擴散退火+完全退火后縱向無帶狀偏析而磁痕較多的的螺桿處截取3個?22mm×30mm的試樣(3件螺栓上各取一個)，觀察其橫向顯微組織，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多個視場出現(xiàn)不同程度的異常組織，如圖4所示。

 

圖4 橫截面異常組織微觀形貌

 

3 能譜分析

 

采用能譜(EDS)儀對圖4中的方框區(qū)域(橫向顯微組織中的大塊狀黑色區(qū)域)進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

 

表1 EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％

 

可見該微區(qū)成分中并沒有鉻、錳、鉬、鈦等元素，與基體30CrMnMoTi鋼的主要合金成分完全不吻合。碳元素和氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)異常高，分別為12.78％和32.62％。有害元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了0.46％，比高級優(yōu)質(zhì)鋼要求的最高含量還高了十幾倍，由此可見其冶金質(zhì)量較差。由上述分析可知，圖4橫截面異常組織的微區(qū)成分是主要由碳化物和氧化物組成的混合夾雜物。

 

由以上分析結(jié)果可知，制造該批螺栓的?55mm圓鋼冶金質(zhì)量較差，其夾雜物嚴(yán)重超標(biāo)，用該批材料制成螺栓后，其超標(biāo)的夾雜物被遺留下來，引起了熒光磁粉檢測后的磁痕相關(guān)顯示。

 

結(jié)論及建議

 

盡管帶狀偏析引起工件磁痕顯示已成為不爭的事實，但本案例螺栓通過擴散退火+完全退火改善帶狀偏析后仍然出現(xiàn)磁痕相關(guān)顯示，證實了此批螺栓磁痕相關(guān)顯示的主要原因不是帶狀偏析。通過進(jìn)一步的塔形發(fā)紋檢測、橫向金相檢驗和能譜分析可知，螺栓磁痕顯示是由原材料的冶金缺陷(夾雜物超標(biāo))引起的。建議提高原材料的冶金質(zhì)量。

 

作者：向小琴，高級工程師，重慶長征重工有限責(zé)任公司