機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)軸42CrMo超聲波探傷缺陷分析

潘小娟， 李 軍， 楊彥中

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)軸42CrMo超聲波探傷缺陷分析

潘小娟， 李 軍， 楊彥中

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

對(duì)機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)軸42CrMo超聲波探傷缺陷進(jìn)行了低倍組織、化學(xué)成分、微觀分析、金相組織、斷口形貌等分析。結(jié)果表明，電機(jī)轉(zhuǎn)軸鋼質(zhì)純凈，化學(xué)成分、金相組織無異常，低倍組織存在鍛造偏心、錠型偏析、裂紋；缺陷是由于鍛圓加熱溫度不均勻使得在鍛造過程中金屬流向不均勻而導(dǎo)致材料變形不均勻造成的。

電機(jī)轉(zhuǎn)軸 42CrMo 超聲波探傷 缺陷分析

機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)軸是機(jī)車的關(guān)鍵零部件之一，因此要求其產(chǎn)品質(zhì)量很高。機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)軸超聲波探傷檢驗(yàn)要求達(dá)到GB/T6402的最高質(zhì)量等級(jí)4級(jí)，即單個(gè)點(diǎn)狀不連續(xù)的當(dāng)量直徑不大于Φ3 mm，長(zhǎng)條或密集型點(diǎn)狀不連續(xù)的當(dāng)量直徑不大于Φ2 mm。

1 缺陷描述

太鋼開發(fā)的電機(jī)轉(zhuǎn)軸用42CrMo鍛件，直徑為Φ300 mm，一直以來質(zhì)量穩(wěn)定。但在2013年初，根據(jù)用戶反映，使用本公司生產(chǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)軸用42CrMo鍛件，鍛造、機(jī)加工為電機(jī)轉(zhuǎn)軸后，在超聲波探傷檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)多支轉(zhuǎn)軸探傷缺陷超標(biāo)被判廢，超聲波探傷缺陷均出現(xiàn)在軸錐處（小頭端），表現(xiàn)為缺陷當(dāng)量大于Φ3 mm（超標(biāo)）或底波消失。用戶電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工工藝流程為：鍛圓→下料→鍛造→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→超聲波探傷→粗磨→磁粉探傷。我們選取了3支缺陷嚴(yán)重的電機(jī)轉(zhuǎn)軸，編號(hào)分別為174-473、187-074、171-473（編號(hào)中的473、074為本公司爐號(hào)，174、187、171為用戶熱處理批次號(hào)），采用超聲波探傷確定缺陷位置并在其缺陷部位鋸切試樣，通過低倍組織檢驗(yàn)、成分分析、金相夾雜物觀察、金相組織觀察、掃描電鏡斷口觀察等方法對(duì)缺陷原因進(jìn)行了分析，并提出了預(yù)防措施。

2 缺陷分析

2.1 缺陷宏觀形貌

圖1、圖2、圖3分別為174-473、187-074、171-473轉(zhuǎn)軸缺陷的宏觀形貌。174-473的試樣在鋸切橫斷面半徑1/2附近發(fā)現(xiàn)肉眼可見的長(zhǎng)條形裂紋，裂紋寬約0.2 mm，長(zhǎng)約40 mm；187-074的鋸切橫斷面肉眼可見彎曲的長(zhǎng)條形裂紋，裂紋寬約0.3 mm，長(zhǎng)約40 mm；171-473的軸料在缺陷部位鋸開后，肉眼未發(fā)現(xiàn)裂紋，滲透后心部區(qū)域存在密集的細(xì)微裂紋。

圖1 試樣174-473

圖2 試樣187-074

圖3 試樣171-473

2.2 低倍組織分析

對(duì)編號(hào)為174-473、171-473的轉(zhuǎn)軸在缺陷部位制備低倍試片，按照標(biāo)準(zhǔn)GB226進(jìn)行橫截面酸浸低倍組織檢驗(yàn)。其中174-473存在嚴(yán)重的錠型偏析，偏析級(jí)別為3級(jí)，且偏析呈現(xiàn)明顯的偏心特征（見圖4），為熱加工缺陷特征。171-473的低倍組織中心疏松2.0級(jí)，未超出標(biāo)準(zhǔn)要求（見圖5）。下頁(yè)表1列出了42CrMo鍛件低倍組織級(jí)別要求及本公司473爐號(hào)的出廠檢驗(yàn)結(jié)果、用戶加工后的電機(jī)軸缺陷部位低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果。

圖4 174-473的低倍組織

圖5 171-473的低倍組織

缺陷轉(zhuǎn)軸低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果表明，該缺陷為熱加工缺陷，是在加熱、鍛造過程中由于材料加熱溫度不均勻使得金屬流向不均勻而造成材料變形不均勻，最終導(dǎo)致鍛造偏心、偏析缺陷并在偏心、偏析區(qū)域產(chǎn)生裂紋。

表1 低倍組織級(jí)別

2.3 化學(xué)成分分析

對(duì)編號(hào)為174-473、187-074的試樣進(jìn)行了邊部、半徑1/2處、心部的光譜成分分析，見表2。可以看出，174-473、187-074的成分都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其中w（C）偏析最大為0.01%（GB 222—2006規(guī)定w（C）的成品成分允許偏差為±0.02%），化學(xué)成分無異常。

表2 成分分析 %

2.4 缺陷微觀分析

圖6、圖7、圖8分別為缺陷試樣174-473、187-074、171-473在電子顯微鏡下的微觀分析照片。由圖可看出，試樣174-473、187-074、171-473均存在多處裂紋，裂紋處未發(fā)現(xiàn)氧化痕跡，沒有過熱過燒的特征，且裂紋周圍干凈，均未發(fā)現(xiàn)夾雜物。

圖6 174-473的微觀分析

圖7 187-074的微觀分析

2.5 金相組織分析

圖9、圖10、圖11分別為缺陷試樣174-473、 187-074、171-473在電子顯微鏡下的金相組織照片。由圖可看出，試樣組織為回火索氏體，裂紋周圍未發(fā)現(xiàn)脫碳、過燒等組織異常。用戶電機(jī)轉(zhuǎn)軸的調(diào)質(zhì)處理工藝為840～860℃淬火+540～680℃回火，正常組織為回火索氏體。

圖8 171-473的微觀分析

圖9 174-473的金相組織

圖10 187-074的金相組織

圖11 171-473的金相組織

2.6 斷口掃描電鏡分析

對(duì)鋸切后有明顯肉眼可見裂紋的試樣187-074進(jìn)行了斷口掃描電鏡觀察，見圖12。由圖可看出，試樣斷口呈現(xiàn)疏松類特征，未發(fā)現(xiàn)夾雜物及其他缺陷特征。

圖12 187-074的斷口形貌

3 結(jié)論

1）電機(jī)轉(zhuǎn)軸鋼質(zhì)純凈，成分、組織正常，低倍組織存在鍛造偏心、錠型偏析、裂紋。這是由于鍛造工序加熱過程中鍛圓加熱溫度不均勻，在鍛造過程中金屬流向不均勻使得材料變形不均勻，造成鍛造偏心、偏析，并在偏心、偏析區(qū)域產(chǎn)生裂紋。

2）建議用戶在鍛壓車間增加必要的加熱溫度等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)、記錄儀器設(shè)備，保障生產(chǎn)過程的穩(wěn)定、受控。

（編輯：胡玉香）Defects of Ultrasonic Inspection on Traction Motor Rotation Shaft 42CrMo

PAN Xiaojuan，LI Jun，YANG Yanzhong
（Technology Center of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The macrostructure，chemical analysis，microcosmic analysis，metallographic phase，and fracture morphology for the defects of ultrasonic inspection on traction motor rotation shaft 42CrMo steel were analyzed.The results show that the steel is pure and chemical composition，metallographic structure have no defect.The macrostructure has defects of forging eccentricity，ingot segregation，and cracking.Due to uneven heating temperature of forged round，and uneven flow of metal in the forging process，the uneven deformation of the material causes defects.

traction motor rotation shaft，42CrMo，ultrasonic inspection，defects analysis

TG115.28+5

A

1672-1152（2016）05-0013-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.05

2016-10-08

潘小娟（1980—），女，碩士，工程師，主要從事鋼鐵材料的冶金、熱加工、熱處理工藝研究及產(chǎn)品研發(fā)工作。