锻件中的“白点”是冶金及锻造的共同产物,该缺陷是在材料的冶炼中孕育在锻件中发现,“白点”普遍以群的形式分布在锻件较为中心的部位,对锻件的危害很大,如何在锻件中准确判定“白点”及采取适当的锻后热处理工艺消除这一缺陷,是锻造企业在锻件生产中的重要质量保障措施。

  “白点”是锻件中常见的密集性缺陷,如何用超声波探伤这种无损检测方式正确判定锻件的“白点”是我们这次技术探索的出发点,通过对超声波探伤所发现缺陷波型特征的分析,结合对锻件缺陷处金相观察及打断口方法证实缺陷性质,利用超声波缺陷的波型特征对锻件“白点”的准确判定,同时对已产生“白点”的锻件采取一定的工艺措施消除“白点”。

    我公司是一专业锻造厂家,主要从事模块及结构件的自由锻造,在生产5CrNiMo材料的模坯锻件过程中,按GB/T11880-89《模锻锤和大型机械锻压机用模块技术条件》进行超声波检测其合格率很低,现象主要反映为在模坯的纵向中心部分出现大面积密集性缺陷,为了弄清缺陷的性质和找到解决的办法,我公司技术人员对此作了一次较为全面的探索,我们首先设计了解决问题的思路如下:

① 用超声波探伤仪对锻件缺陷作初步定位.

② 在缺陷部位垂直于模坯纵向对模坯进行切片取样

③ 用磁探伤对取样切片上超声波探伤所发现的缺陷进行显像定位

④ 对磁探伤显像定位的缺陷用线切割取金相观察试样及打断口观察

⑤ 用金相观察对缺陷进行定性分析

⑥ 在定性分析的基础上提出工艺解决措施

⑦ 用超声波探伤不合格的模坯实施工艺试验

⑧ 用新工艺处理后的模坯再用超声波探伤复检

下面就介绍一下我公司的这次工艺探索的实际操作过程

1、 用超声波探伤仪对锻件缺陷进行初步定位.

锻件尺寸:2000×400×185

锻造材料:5CrNiMo

钢锭锭型:2.5T四方锭下料(450×450×750)

锻造工艺:加热温度1180℃,始锻温度1150℃,经两火三镦三拔自然缓冷。

锻后退火:880℃保温6-8小时炉冷至500℃以下出炉。

锻件的超声波探伤情况如下

图一的红色区域为锻件超声波探伤所发现密集缺陷的区域,深度方向分布约占锻坯厚度的30%左右。;

图二为在24dB衰减扫描下的密集缺陷波型图。

若以大平底调整以Φ2平底孔定灵敏度,测得该模块185mm处声程的大平底一次回波分贝值为60dB(波幅高设为80%);同声程Φ2平底孔与大平底的分贝差为Δ=20lg(PB/Pf)=20lg(2λX/πD2f)    (X≥3N)

X—工件厚度     Df—要求探出的最小平底孔尺寸   λ=C/f

λ—波长mm   C—波速 m/s   f—频率MZ    

 2.5P20-D探头的频率为2.5Mz  则λ=5.9/2.5=2.36

经计算Δ=36.8dB,则扫描衰减应为60-36.8=23.2dB

密集缺陷最大当量值的计算:

在最大缺陷波约80%波幅高测得其分贝值为36.5dB。

Df=  (2λX2f/10ΔBf/20πXB)  计算出最大缺陷当量为Φ1.75左右。

2、在锻坯上作切片取样

图三为对缺陷锻坯作切片取样情况,两块切片厚度分别为16mm与32mm,切片经平磨后直接用肉眼观察未发现有任何缺陷(切片磨后情况如图四所示)。

3、 用磁探伤对取样切片上超声波探伤所发现的缺陷进行显像定位

由于切片经平磨后直接用肉眼不能发现任何缺陷,故,随后对切片采取磁探伤荧光显像定位的措施来观察和确定缺陷位置

图五是对切片进行磁粉探伤的情况,图六红圈处是在荧光下显现的锻件内部缺陷情况。

图七、图八是分别对16mm及32mm两切片磁探伤后,用记号笔标出的锻件内部密集缺陷的分布情况,同时为对磁探伤显像定位的缺陷用线切割切取金相观察试样及作打断口观察试样,我们再次对以上两切片进行了垂直分割,取1、2号试块作磁探伤缺陷显像定位后再作金相试样切割及打断口观察。 

4、 对缺陷部位作断口试验

   在对以上两块试样作好断口敏感缺口后,对其进行打断口试验,其断口断貌如下图所示

从以上两个断口试样的断面上可清晰地看到超声波及磁探所发现的锻件内部的密集缺陷是“白点”。

5、 用金相观察对缺陷进行定性分析

在磁探伤所发现的缺陷处取15×15金相试样一件,试样磨制好经4%硝酸酒精腐蚀后分别在100倍、500倍、1000倍光学显微镜下观察金相情

从以上几张金相图片可看出,超声波探伤所发现的锻件内部的密集缺陷实际上是一条晶间裂纹

    从相关资料介绍,锻件中“白点”的形成主要是由于原材料中含氢量过多(一般要求钢材中的H含量≤2.1ppm),氢原子在常温下在晶界处以氢分子形式聚集,由于其体积的增长而“撑破”了晶界形成晶间裂纹,我公司的这次试验也完全验证了以上说法,同时从金相观察发现,由于晶间裂纹是由氢分子的形成而产生,故裂纹处完全无氧化现象,这种裂纹应该在外力作用下据有重新“焊合”的工艺性,我们根据“白点”形成的这一特点,对已产生“白点”的锻件进行重新锻造,同时制定特殊的锻后热处理工艺去除原材料中的含氢量,重新处理后的锻件仍然用24dB衰减扫描,发现锻件内原有的“白点”已完全消除了。

结束语:

锻件在超声波探伤中呈现的密集性缺陷是多种多样的,“白点”是锻件内部密集性缺陷的基本形式之一,从我们的这次探索发现,通过计算出的单个“白点”当量值并不大,但从断口可看出“白点”的实际面积远比所计算出的当量值大,这说明“白点”在锻件存在其危害性是非常大的,但从本次探索的另一方面看,“白点”由于是非氧化性的晶界裂纹,通过重新锻造对所产生的晶间裂纹“焊合”后并加以特殊的排气除氢工艺,锻件中的“白点”是可消除的。

特别感谢:重庆恒重锻造有限责任公司傅宗柱老师的无私分享.
来源:常州精密钢管博客网：每天学点热处理http://www.josen.net/Steel-Knowledge/1618641651.html