軸承零件材料和顯微組織引起的磁粉檢測(cè)非相關(guān)顯示辨析

磁粉檢測(cè)是常用的無損檢測(cè)方法之一，由于不需要破壞工件，對(duì)工件結(jié)構(gòu)要求低，因此廣泛應(yīng)用于軸承零件的質(zhì)量檢測(cè)中。磁粉檢測(cè)非相關(guān)顯示是由漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的，有時(shí)會(huì)誤判為相關(guān)顯示。一般情況下，經(jīng)驗(yàn)豐富的無損檢測(cè)人員根據(jù)磁粉顯示特征、產(chǎn)生原因和鑒別方法，結(jié)合工件材料、形狀和加工工藝，必要時(shí)還要利用其他無損檢測(cè)方法和失效分析方法對(duì)非相關(guān)顯示進(jìn)行驗(yàn)證。

本文通過介紹非相關(guān)顯示的形成原理和引起非相關(guān)顯示的常見類型，根據(jù)日常的失效分析工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一套非相關(guān)顯示的分析驗(yàn)證步驟，并舉例說明碳化物帶狀組織和殘余奧氏體氏體組織(顯微組織不均勻)引起的非相關(guān)顯示的辨析驗(yàn)證方法。

非相關(guān)顯示形成原理根據(jù)磁感應(yīng)線的折射定律式中：α1為磁感應(yīng)線從第1種介質(zhì)到第2種介質(zhì)界面處與法線的夾角；α2為磁感應(yīng)線在第2種介質(zhì)中與法線的夾角；μ1為第1種介質(zhì)的磁導(dǎo)率：μ2為第2種介質(zhì)的磁導(dǎo)率。

在兩種磁介質(zhì)的分界面處磁場(chǎng)將發(fā)生改變，磁感應(yīng)線不再沿著原來的路徑行進(jìn)而是發(fā)生了折射，形成一種畸變磁場(chǎng)。折射的傾角與兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。在磁路中，如果出現(xiàn)兩種以上磁導(dǎo)率差異很大的介質(zhì)時(shí)，在兩者分界面上將產(chǎn)生畸變磁場(chǎng)，形成漏磁場(chǎng)。

引起非相關(guān)顯示的原因類型在磁粉檢測(cè)工序中，引起非相關(guān)顯示的原因很多，主要類型如下：①工件截面突變；②劃傷和刀痕；③磁化電流過大；④工件加工冷作硬化；⑤碳化物帶狀組織；⑥顯微組織不均勻；⑦觸頭法電極和磁軛法磁極附近；⑧磁跡。

在軸承零件的磁粉檢測(cè)過程中，軸承零件表面也會(huì)出現(xiàn)為數(shù)不少的非相關(guān)顯示，引起非相關(guān)顯示的常見類型主要為碳化物帶狀組織，其次為殘余奧氏體組織和磁化規(guī)范不當(dāng)。筆者統(tǒng)計(jì)了438份失效分析報(bào)告，分析結(jié)論關(guān)于非相關(guān)顯示的報(bào)告占比達(dá)到8％，其中由碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示位居首位，占比達(dá)到7.5％，由殘余奧氏體組織(顯微組織不均勻)和磁化不當(dāng)引起的非相關(guān)顯示占比分別為0.3％和0.2％。

這種非相關(guān)顯示容易與相關(guān)顯示混淆，不如假顯示那么容易識(shí)別。其中工件截面突變、劃傷和刀痕、磁化電流過大等引起的非相關(guān)顯示，檢驗(yàn)人員依靠豐富經(jīng)驗(yàn)，通過采用相應(yīng)的無損檢測(cè)方法比較容易判斷或消除；而碳化物帶狀組織和顯微組織不均勻引起的非相關(guān)顯示即使使用高倍放大鏡也發(fā)現(xiàn)不了任何缺陷，需要借助于失效分析方法進(jìn)行綜合驗(yàn)證。

利用失效分析方法對(duì)非相關(guān)顯示的分析驗(yàn)證步驟非相關(guān)顯示不是真正的宏觀缺陷，擦去磁粉顯示之后放大鏡下看不到缺陷位置，軸承零件在磁粉檢測(cè)過程中遇到典型顯示問題和批量顯示問題需要進(jìn)行失效分析，進(jìn)一步確認(rèn)原因。非相關(guān)顯示的分析驗(yàn)證步驟有別于真正的缺陷成因分析步驟。非相關(guān)顯示的常見分析驗(yàn)證步驟如下：①首先在產(chǎn)生磁粉顯示的部位做標(biāo)記，然后擦去顯示再次噴淋磁懸液，再一次確認(rèn)顯示位置；②在標(biāo)記位置處選取顯示較清晰的位置線切割試樣，確保顯示方向與線切割方向垂直；③待試樣切割完成后，經(jīng)砂輪或砂紙打磨，使線切割面呈金屬色；④再次噴淋磁懸液，在小試樣上重新確認(rèn)顯示位置；⑤在磁粉顯示處截面的對(duì)應(yīng)位置做標(biāo)記，且確保標(biāo)記不容易被清除；⑥拋光顯示處及其截面制成金相試樣，用4％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精浸蝕后將金相試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察，記錄觀察到的現(xiàn)象；⑦必要時(shí)借助其他精密分析儀器進(jìn)行微觀檢測(cè)；⑧然后根據(jù)顯示位置、形貌，以及觀察的現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析顯示的類別和性質(zhì)。

這些只是常見的分析驗(yàn)證步驟，對(duì)于非相關(guān)顯示處在內(nèi)弧面的金相試樣，由于制樣的限制，一般情況下只觀察磁粉顯示截面。

案例分析1碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示顯示形貌在軸承套圈的磁粉檢測(cè)過程中，碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示可分布于套圈滾道面、內(nèi)外徑面、端面等部位。圖1是軸承外圈端面碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示形貌。由圖1可知，磁粉顯示較松散且長(zhǎng)短不一。這種非相關(guān)顯示被擦去后，用高倍放大鏡觀察不到任何缺陷，因此按照上述步驟獲取金相試樣。

金相分析使用OLYMPUSGX51型光學(xué)顯微鏡觀察浸蝕后的金相試樣，可見外圈端面顯示部位有碳化物聚集，呈點(diǎn)狀和帶狀；觀察顯示截面，對(duì)應(yīng)端面顯示部位可見碳化物聚集成有一定寬度的帶狀組織，外圈端面顯示部位截面組織形貌如圖2所示。根據(jù)磁感應(yīng)線折射定律，在磁路中出現(xiàn)兩種以上磁導(dǎo)率差異很大的介質(zhì)時(shí)，在兩者分界面上將產(chǎn)生畸變磁場(chǎng)，形成漏磁場(chǎng)。高碳鋼和高碳合金鋼的鋼錠凝固時(shí)，所產(chǎn)生的樹枝狀偏析導(dǎo)致鋼的化學(xué)成分不均勻，在枝晶中間形成碳化物，在軋制過程中沿壓延方向被拉成帶狀，帶狀碳化物組織導(dǎo)致基體組織的不均勻性，在磁路中帶狀碳化物和基體的磁導(dǎo)率相差較大，在兩者交界面處產(chǎn)生畸變磁場(chǎng)，形成漏磁場(chǎng)，故而形成這種碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示。

需要說明的是，該非相關(guān)顯示在外圈端面分布，端面屬于平面，在金相試樣的制備過程中可以先對(duì)外圈端面進(jìn)行觀察分析，如能觀察到碳化物帶狀組織則基本能確定非相關(guān)顯示是由碳化物帶狀組織引起的。為了更進(jìn)一步確定顯示的類別和性質(zhì)，需對(duì)其截面繼續(xù)進(jìn)行觀察分析。2殘余奧氏體引起的非相關(guān)顯示顯示形貌磁粉檢測(cè)工序發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承外圈滾道面有磁粉聚集，磁粉顯示位于滾道面靠近外圈中徑位置，呈短線狀，與圓周方向略有一定角度，長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)約2mm，其形貌如圖3所示。為了避免軸承套圈的質(zhì)量問題，對(duì)在磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的帶狀顯示的套圈進(jìn)行檢測(cè)分析，確定顯示產(chǎn)生的原因。

檢測(cè)分析擦去顯示后在放大鏡下觀察，原顯示處未見明顯裂紋。按照常規(guī)分析步驟，選取較清晰顯示處制備金相試樣。該顯示位于外圈滾道面，滾道面屬于曲面，原顯示部位較難打磨拋光，可直接對(duì)顯示截面進(jìn)行觀察分析。用4％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液浸蝕后將金相試樣置于體式顯微鏡下觀察，顯示截面顯微組織形貌如圖4所示。由圖4中可知，顯示截面顯微組織中存在帶狀或片狀的白亮殘余奧氏體。觀察顯示截面處發(fā)現(xiàn)，原顯示處及其截面均有殘余奧氏體帶分布，且滾道殘余奧氏體帶分布方向與顯示方向一致，未觀察到原顯示處存在裂紋，未發(fā)現(xiàn)滾道顯示截面有脫貧碳現(xiàn)象。這說明在顯示存在的區(qū)域，該外圈淬火組織中存在大量塊狀殘余奧氏體，而無顯示的淬火區(qū)域中殘余奧氏體不明顯，從而說明顯示的產(chǎn)生與顯微組織中的殘余奧氏體存在必然聯(lián)系。資料顯示，不同的顯微組織磁導(dǎo)率不同，磁導(dǎo)率隨下列順序依次減?。鸿F素體、珠光體、回火馬氏體、未回火馬氏體，而殘余奧氏體是無磁相。奧氏體為面心立方晶格，是非鐵磁性物質(zhì)，而馬氏體是體心立方晶格，是鐵磁性物質(zhì)，而且具有硬磁性。因此在對(duì)套圈進(jìn)行磁化時(shí)，根據(jù)磁感應(yīng)線折射定律，磁力線在馬氏體與殘余奧氏體交界面處產(chǎn)生畸變，磁感應(yīng)線外漏，吸附磁粉，形成非相關(guān)顯示。結(jié)束語非相關(guān)顯示在磁