18CrNiMo7-6環(huán)類(lèi)鍛件中白點(diǎn)缺陷的超聲檢測(cè)研究

徐會(huì)文 李樹(shù)林 涂曉劍

(1.太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，山西030001；2.中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司車(chē)輛部，江西330002)

白點(diǎn)的存在對(duì)鋼的性能危害性巨大，它使鋼的力學(xué)性能降低，熱處理淬火時(shí)使零件開(kāi)裂，使用時(shí)造成零件斷裂。在機(jī)械制造行業(yè)中，對(duì)于已發(fā)現(xiàn)并確定為白點(diǎn)的鍛件，必須判廢。

目前，主要是通過(guò)超聲檢測(cè)、酸浸檢驗(yàn)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)及斷口檢驗(yàn)等方法來(lái)檢驗(yàn)與判斷鍛件中是否存在白點(diǎn)。由于白點(diǎn)是一種內(nèi)部氫脆斷口缺陷，而酸浸檢驗(yàn)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)及斷口檢驗(yàn)都必須對(duì)工件進(jìn)行破壞，將工件中的缺陷加工出來(lái)才可以實(shí)施，作為檢驗(yàn)手段具有滯后性和破壞性，更適合對(duì)已發(fā)現(xiàn)缺陷的定性和定量。超聲檢測(cè)則可以在不破壞工件完整性的前提下，對(duì)工件內(nèi)部是否存在缺陷進(jìn)行判斷，并能進(jìn)行定量、定性判斷。因此，在批量工業(yè)生產(chǎn)中，研究合金鋼鍛件中白點(diǎn)缺陷的超聲檢測(cè)特性十分重要。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

對(duì)外購(gòu)的因存在白點(diǎn)缺陷而整爐報(bào)廢的材質(zhì)為18CrNiMo7-6的198件環(huán)形鍛件(圖1)全部重新進(jìn)行超聲檢測(cè)，將超聲檢測(cè)結(jié)果和缺陷超聲波波形特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)和總結(jié)，對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行了分析和預(yù)判，最后將超聲檢測(cè)出不同波形的不合格環(huán)形鍛件進(jìn)行解剖，通過(guò)酸浸檢驗(yàn)和斷口檢驗(yàn)對(duì)缺陷性質(zhì)作出定性判斷，驗(yàn)證超聲檢測(cè)特征和白點(diǎn)缺陷的關(guān)聯(lián)性，為通過(guò)超聲檢測(cè)手段來(lái)監(jiān)控產(chǎn)品中是否存在白點(diǎn)缺陷提供參考。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 超聲檢測(cè)

2.1.1 檢測(cè)器材及參數(shù)

(1)超聲波儀器型號(hào)：USM-35

(2)探頭：2.5 P 20，5 P 20，5 MHz FG30 ?10 mm

(3)靈敏度：?2 mm FBH

(4)耦合劑：機(jī)油

圖1 環(huán)形鍛件圖Figure 1 Ring forging

2.1.2 檢測(cè)部位及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

“藍(lán)天計(jì)劃”提出以規(guī)范化、專(zhuān)業(yè)化為方向，堅(jiān)持以人為本的工作理念，有步驟、有計(jì)劃地建設(shè)和完善兒童福利機(jī)構(gòu)，為孤殘兒童提供優(yōu)質(zhì)的特教、康復(fù)和保育服務(wù)，推動(dòng)構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的兒童福利服務(wù)體系。國(guó)際最新的觀念提出要實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)整合的服務(wù)模式。特殊教育、康復(fù)、保育這三個(gè)部門(mén)能夠協(xié)調(diào)起來(lái)，連同其他專(zhuān)業(yè)，為殘疾兒童提供適合其本人的服務(wù)，就是特殊教育、康復(fù)、保育三位一體整合的服務(wù)模式。

環(huán)形鍛件超聲檢測(cè)執(zhí)行EN 10228-3∶2016 4級(jí)的要求，兩倍齒高范圍內(nèi)不允許存在大于或等于?2 mm FBH當(dāng)量的缺陷，其它區(qū)域不允許存在大于或等于?3 mm FBH當(dāng)量的缺陷，超聲檢測(cè)應(yīng)從軸向和徑向兩個(gè)方向進(jìn)行。

表1 超聲檢測(cè)結(jié)果Table 1 Ultrasonic test results

(a)無(wú)缺陷處(b)多點(diǎn)狀缺陷處(c)密集缺陷但底波存在處(d)密集缺陷且底波消失處

圖2 環(huán)形鍛件超聲檢測(cè)波形顯示
Figure 2 Waveform display of ultrasonic testing of ring forgings

2.1.3 超聲檢測(cè)結(jié)果

超聲檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2.1.4 超聲檢測(cè)波形特征分類(lèi)

對(duì)上述3爐環(huán)形鍛件進(jìn)行超聲檢測(cè)后，將超聲檢測(cè)波形進(jìn)行分類(lèi)，共存在四種類(lèi)型：

(1)檢測(cè)區(qū)域無(wú)任何缺陷回波，底波正常，見(jiàn)圖2(a)；

(2)檢測(cè)區(qū)域存在多點(diǎn)狀缺陷回波，底波正常，見(jiàn)圖2(b)；

(4)檢測(cè)區(qū)域存在密集缺陷回波，底波完全消失，見(jiàn)圖2(d)。

2.2 波形特征及工藝分析

圖2(a)中波形代表超聲檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷回波，且底波未有明顯衰減，屬于正常波形顯示。

圖2(b)和圖2(c)中波形代表工件內(nèi)部存在缺陷反射回波，二者區(qū)別在于缺陷數(shù)量和間距不同，圖2(b)缺陷數(shù)量較少，缺陷之間距離較分散，圖2(c)中缺陷數(shù)量較多，缺陷間距較小，分布比較集中，二者底波均未見(jiàn)明顯衰減，說(shuō)明缺陷大小小于主聲束寬度，不足以完全遮擋超聲波的傳播。

圖2(d)中的波形表示工件內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)存在密集的缺陷反射波，且底波完全消失。對(duì)于本次超聲檢測(cè)的環(huán)形鍛件，其軸向檢測(cè)面和底面平行，故造成底波消失的原因可能有兩種：一種是內(nèi)部存在較大的點(diǎn)狀缺陷，缺陷尺寸大于超聲波主聲束寬度，將超聲波完全遮擋，使超聲波無(wú)法到達(dá)工件的底面，或內(nèi)部存在數(shù)量較多的密集性缺陷，造成超聲波傳播過(guò)程能量損失較多，從而造成底波消失；另一種原因是工件晶粒粗大，使得超聲波在傳播過(guò)程中能量損失嚴(yán)重，造成底波消失。而本次超聲檢測(cè)的129件環(huán)形鍛件具有相同的材質(zhì)和熱處理狀態(tài)，大部分工件超聲檢測(cè)完全正常，即使底波消失的環(huán)形鍛件，除缺陷部位外的大部分區(qū)域波形顯示也都是正常的，因此，可以判定工件的底波消失與晶粒粗大無(wú)關(guān)，而是存在較嚴(yán)重的密集缺陷造成的。

環(huán)形鍛件超聲檢測(cè)時(shí)，缺陷的波峰較強(qiáng)，且波形尖銳而清晰，當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，缺陷反射變化迅速；降低探測(cè)靈敏度以后，缺陷反射波仍然很高；底波消失的部位都存在密集缺陷。

環(huán)形鍛件超聲檢測(cè)缺陷所在的位置基本集中在靠近內(nèi)孔的具有一定長(zhǎng)度的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，且距探測(cè)表面的深度均在50 mm～214 mm的區(qū)域內(nèi)。

該環(huán)形鍛件材質(zhì)為18CrNiMo7-6。該3爐每一爐號(hào)環(huán)線(xiàn)鍛件中存在缺陷的產(chǎn)品比例明顯高于正常爐次，同一環(huán)形鍛件上缺陷基本為多點(diǎn)狀或密集分布。

綜合上述波形特征、缺陷車(chē)輪存在比例、缺陷位置、車(chē)輪材質(zhì)等一系列特征，初步判斷該環(huán)形鍛件中的缺陷為密集型的白點(diǎn)裂紋。

2.3 理化檢驗(yàn)驗(yàn)證

將具有圖2(c)、圖2(d)中超聲檢測(cè)波形的缺陷車(chē)輪各取兩件，對(duì)缺陷部位解剖后進(jìn)行酸浸檢驗(yàn)和斷口檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

(a)具有圖2(c)波形顯示的試片

(b)具有圖2(d)波形顯示的試片圖3 環(huán)形鍛件低倍試片酸浸后宏觀形貌Figure 3 Macroscopic morphology of test piece of ring forgings after acid leaching

圖4 具有圖2(d)波形顯示的環(huán)形鍛件低倍試片斷口形貌
Figure 4 Fracture morphology of test piece of ring forging with waveform in figure 2(d)

圖3試片上存在大量的細(xì)小裂紋，最長(zhǎng)約5mm，經(jīng)過(guò)顯微鏡觀察，形態(tài)曲折、連續(xù)、端部尖銳，首尾呈一定角度，具有白點(diǎn)裂紋的微觀特征[1-2]，從試樣斷口上觀察(圖4)，斷口基體上分布銀色斑點(diǎn)，是典型的白點(diǎn)裂紋[3]。

3 結(jié)論

(1)超聲檢測(cè)可以對(duì)環(huán)形鍛件內(nèi)部的白點(diǎn)缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)，并對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行初步預(yù)判，是目前適合工業(yè)化批量生產(chǎn)中檢測(cè)合金鋼鍛件中白點(diǎn)缺陷的比較有效的手段。

(2)18CrNiMo7-6環(huán)形鍛件中的白點(diǎn)缺陷具有某些超聲檢測(cè)特征，可以作為對(duì)缺陷預(yù)判定性的依據(jù)：1)缺陷的超聲波波峰較強(qiáng)，且波形尖銳而清晰，當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，缺陷反射變化迅速；降低探測(cè)靈敏度以后，缺陷反射波仍然很高；缺陷波往往以多點(diǎn)狀或密集的形態(tài)出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)伴隨底波消失的情況。2)環(huán)形鍛件中白點(diǎn)缺陷集中分布在工件上特定的區(qū)域內(nèi)，周向具有一定長(zhǎng)度，且距探測(cè)表面有一定的深度。3)相同熱處理工藝生產(chǎn)的同種環(huán)形鍛件，同一爐號(hào)中存在缺陷的產(chǎn)品比例明顯高于正常爐次。