胡寒婷,趙益洛 ,王明飛, 毛寬亮, 宋亞虎, 王博
1.中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測(cè)中心 河南洛陽(yáng) 471000
2.中機(jī)十院國(guó)際工程有限公司 河南洛陽(yáng) 471000
支承輥鍛件毛坯超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)冒口端輥身長(zhǎng)度0~300mm內(nèi)部存在大面積密集性缺陷,最大當(dāng)量φ6mm,局部鐵素體(F)多于貝氏體(B),中心分布φ400mm。
為分析缺陷具體性質(zhì),從缺陷最嚴(yán)重(無(wú)底波處)部位鋸切φ1200mm×25mm厚試片,試片中心φ400mm打磨后著色,可見(jiàn)多處開(kāi)口缺陷,如圖1~圖4所示。在試片中心取樣進(jìn)行缺陷性質(zhì)分析。
圖1 存在缺陷支承輥
圖2 支承輥中心部位打磨
圖3 著色檢測(cè)開(kāi)口缺陷
圖4 缺陷位置取樣
將試片磨制后進(jìn)行熱酸蝕,放置一定時(shí)間后觀察,酸洗后的試片如圖5a所示,從中可以看出,試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞類缺陷。紅色方框處局部放大如圖5b所示。
圖5 試片形貌
沿圖5a所示的紅線背面開(kāi)槽、壓斷口,斷口形貌如圖6a所示。斷口形貌主要為結(jié)晶狀,在斷口上發(fā)現(xiàn)多處形狀不規(guī)則的孔洞或裂縫,經(jīng)酸洗后有銹蝕痕跡(見(jiàn)圖6a中紅色箭頭處),局部放大如圖6b所示。為進(jìn)一步判斷其缺陷性質(zhì),在圖6b所示的紅色方框處取樣進(jìn)行電鏡分析。
圖6 斷口宏觀形貌
將所取的斷口試樣在掃描電鏡下進(jìn)行觀察,缺陷處低倍形貌如圖7所示,斷口表面可看到光滑自由表面特征,如圖8所示。
圖7 缺陷低倍形貌
圖8 光滑自由表面形貌
這種光滑的自由表面形貌是鋼液在凝固過(guò)程中因體積收縮而在鋼錠最后凝固區(qū)形成的。正常區(qū)域?yàn)榻饫頂嗫谛蚊?,如圖9所示。
圖9 正常區(qū)域解理斷口形貌
試樣在磨制拋光后檢驗(yàn)非金屬夾雜物,如圖10所示。檢驗(yàn)結(jié)果為A:0.5;B:0.5;C:0.5;D:0.5,夾雜物級(jí)別正常。另外,裂紋缺陷形貌呈樹(shù)枝狀沿晶界分布,此種缺陷稱為晶間疏松,如圖11所示。在顯微鏡下觀察其金相組織為粒狀珠光體,組織正常,如圖12所示。
圖10 正常區(qū)域腐蝕前照片(100× )
圖11 缺陷區(qū)域形貌
圖12 正常顯微組織(500×)
在低倍試片上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,各元素含量均滿足規(guī)范值,化學(xué)成分合格。
表1 化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)
低倍試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞缺陷,隨后進(jìn)行的電鏡分析中發(fā)現(xiàn),缺陷斷口處可觀察到光滑自由表面特征;最后在金相分析高倍試樣中,可觀察到缺陷中微小的裂紋呈現(xiàn)典型的疏松形貌。由于鋼液凝固時(shí)體積收縮,所以在鋼錠的最后凝固區(qū)域會(huì)產(chǎn)生宏觀縮孔,其附近區(qū)域也常伴隨產(chǎn)生較多疏松。當(dāng)其保留在鋼錠中時(shí),在隨后的鍛造過(guò)程中仍舊無(wú)法消除。且根據(jù)超聲檢測(cè)結(jié)果顯示,這些缺陷主要出現(xiàn)在冒口中心部位,綜合分析認(rèn)為這種缺陷是鋼液在凝固過(guò)程中體積收縮產(chǎn)生的縮孔,在鍛造過(guò)程中因切除不盡存在部分殘留而形成殘余縮孔。
該支承輥鍛件的缺陷性質(zhì)為殘余縮孔。殘余縮孔的存在,會(huì)顯著降低工件的力學(xué)性能,甚至在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生斷裂事故或其他事故[1]。產(chǎn)生原因一般是在鋼液凝固過(guò)程中因體積收縮而產(chǎn)生縮孔,并在熱加工時(shí)因切除不盡而部分殘留[2]。
殘余縮孔的防止措施:改進(jìn)澆道和冒口布局及尺寸,適當(dāng)應(yīng)用內(nèi)冷鐵或外冷鐵,以提高末梢斷面的補(bǔ)縮效果,工藝上確保鑄件的順序凝固或同時(shí)凝固;采用高效補(bǔ)縮新型冒口;必要時(shí)可采用補(bǔ)貼增厚的辦法改變鑄件的斷面形狀,以利順序凝固;盡量減少液態(tài)金屬中的含氣量,有利于補(bǔ)縮[3]。