16Mn殼程筒體超聲波檢測密集性缺陷失效分析與探討

■ 郭宗山

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鍛件超聲波檢測各標準要求檢測人員密切注意鍛件危害性缺陷，如白點，但實際檢測工作中往往把注意力集中在工件是否存在按標準規(guī)定應發(fā)現(xiàn)的缺陷及對其定位、定量上，缺乏對缺陷的定性分析，而缺陷的定性分析對于發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的根本原因，進而制訂相應的預防措施是非常必要的。近期，我們對一批材質(zhì)為16Mn的殼程筒體的檢測，準確定性分析判定為白點缺陷并經(jīng)解剖驗證，現(xiàn)把情況介紹如下。

我公司用本單位冶煉φ800 mm、重7448kg鋼錠經(jīng)鍛前加熱、鐓粗、沖孔、拔長至壁厚為120mm、長1600mm，粗加工后筒體外圓面UT檢測發(fā)現(xiàn)工件中段壁厚方向深40~100mm處存在多處密集性缺陷（見圖1，黃色油漆標注處為發(fā)現(xiàn)缺陷部位），缺陷當量尺寸為φ2~φ6mm，由缺陷引起的最大底波降低量為20dB。UT檢測所用設(shè)備為：友聯(lián)PXUT—350+數(shù)字式超聲波檢測儀，探頭規(guī)格為：2.5Pf20，靈敏度調(diào)整方式為試塊法，掃查靈敏度為φ2—6dB。

圖1 殼程筒體缺陷部位

1. 缺陷定性分析

該鍛件缺陷分布范圍較大，當量大小較均勻，缺陷波形尖銳清晰，缺陷波多而密集，彼此間清晰可辨，各缺陷波有獨立存在的特征，波峰陡峭，波根狹窄，隨探頭移動，缺陷波瞬起瞬落，交替變化，但波形特征基本不變（見圖2）。降低檢測靈敏度，缺陷波下降較慢，而底波下降較快，局部缺陷嚴重處，底波降低嚴重甚至無底波（見圖3）。

通過對缺陷波形特征的觀察與綜合分析，初步認為該鍛件的缺陷為白點。由于超聲波檢測并不能準確判定缺陷性質(zhì)，為更加準確對該缺陷進行定性，我們對鍛件進行了解剖分析。

圖 2

圖 3

2. 理化分析

（1）化學分析 該殼程筒體的化學成分檢測結(jié)果如表1所示，符合GB/T1591—2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》的要求。

表1 化學分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)） （%）

（2）低倍分析 取圖1所示黃色油漆標記處的斷面進行低倍分析：在弧形端面的內(nèi)壁至t/2范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處存在小裂紋（見圖4b），裂紋最長達6mm。取如圖4a箭頭所示縱向試樣進行彎曲，發(fā)現(xiàn)斷口存在白點缺陷。

圖 4

3.原因分析

缺陷定性為白點后，為進一步查找白點產(chǎn)生的原因，我們又對缺陷部位進行了顯微分析與能譜分析。

（1）顯微分析 拋光態(tài)裂紋局部形貌如圖5a所示，裂紋尖端比較圓鈍，裂紋附近有較多的灰色夾雜物，近裂紋處非金屬夾雜物檢測結(jié)果為：A1.5、B0.5、C0.5、D1.0、Ds0.5；圖5c為裂紋全貌，顯微組織為貝氏體+少量鐵素體，裂紋兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)脫碳現(xiàn)象（見圖5b、圖5c）。裂紋兩側(cè)組織具有連續(xù)性，表明開裂在最終熱處理后（該筒體為鍛后空冷，也即開裂出現(xiàn)在鍛前加熱后）。圖6是遠離裂紋處的顯微組織：鐵素體+珠光體+少量貝氏體，此處的非金屬夾雜物檢測結(jié)果為：A0.5、B0.5、C0.5 D1.0、Ds0.5。

圖5 裂紋顯微分析

（3）能譜分析 經(jīng)能譜分析（見圖7）確認圖5a中裂紋附近灰色物質(zhì)為MnS夾雜物。

圖6 遠離裂紋處顯微組織

圖7 裂紋附近夾雜物能譜分析

4.討論

該殼程筒體的化學成分符合GB/T1591—2008的標準要求，宏觀檢測發(fā)現(xiàn)受檢面有許多小裂紋，其附近顯微組織為貝氏體+少量鐵素體，與遠離裂紋處的組織有所不同，裂紋兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)脫碳和過熱現(xiàn)象，裂紋穿晶擴展。裂紋附近有較多的灰色夾雜物：MnS夾雜物，在筒體縱向斷口上發(fā)現(xiàn)白點缺陷。

綜合以上檢測分析，我們認為該16Mn殼程筒體超聲波檢測密集性缺陷為白點，產(chǎn)生原因為：鋼錠在澆注凝固過程中生成了硫化物，硫化物具有塑性，在后續(xù)鍛造時能延伸為條狀夾雜成為裂紋源，而硫化物又是弱的捕氫劑，更多的氫將集聚在夾雜物的尖端，容易在此處形成應力源從而在鍛造過程中產(chǎn)生白點缺陷。