深入解讀螺栓上的磁痕疑影

磁粉檢測磁粉檢測是利用磁粉聚集形成的磁痕來顯示工件上的不連續(xù)性和缺陷。通常把磁粉檢測時磁粉聚集形成的圖像稱為磁痕，磁痕的寬度為缺陷寬度的數(shù)倍，即磁痕對缺陷的寬度具有放大作用，所以磁粉檢測能將目視不可見的缺陷顯示出來，具有很高的檢測靈敏度。能夠形成磁痕顯示的原因是很多的，并不是所有的磁痕都是缺陷產(chǎn)生的，有時非缺陷處也可能形成磁痕。一般把缺陷產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為缺陷磁痕顯示，也叫相關(guān)顯示。由工件截面突變和材料磁導率差異產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示，不是由漏磁場形成的磁痕顯示稱為偽顯示，通常將非相關(guān)顯示和偽顯示統(tǒng)稱為非缺陷磁痕顯示。事故背景某單位生產(chǎn)了一批材料為30CrMnMoTiA鋼、規(guī)格為M27×120mm的螺栓，其生產(chǎn)工藝流程為：?55mm圓鋼→粗加工→熱處理(淬火+中溫回火)→表面車光→熒光磁粉檢測→精加工。熒光磁粉檢測后，大量螺栓的螺桿表面出現(xiàn)不同程度的縱向磁痕顯示(長短不一，寬度為微米量級)，即使通過機械加工把表面磁痕消除掉，再進行磁粉檢測時，磁痕顯示仍然會再現(xiàn)。檢測人員對螺栓產(chǎn)生磁痕顯示的原因進行了初步分析：①熱處理因素，螺桿形狀簡單(淬裂風險小)、淬火介質(zhì)為油(冷卻速度慢，應力不大)、回火充分(應力消除充分)，故可以排除熱處理環(huán)節(jié)引起的工件開裂；②熒光磁粉檢測設備運行正常；③挑5件磁痕較多的螺栓進行著色探傷和金相檢測，未發(fā)現(xiàn)開口型缺陷；④在螺桿磁痕較多的位置截取一試樣，檢測其縱向顯微組織，發(fā)現(xiàn)有嚴重的帶狀偏析，如圖1所示。圖1螺桿顯微組織帶狀偏析形貌

從上述分析可知，除在磁痕嚴重的螺桿縱向發(fā)現(xiàn)了嚴重的帶狀偏析外，其他方面均屬正常。而偏析引起非相關(guān)磁痕顯示的觀點，在很多文獻、資料中都有提及，所以懷疑螺栓磁痕顯示是由其帶狀偏析導致的。為了驗證這個猜想，檢測人員通過擴散退火工藝來改善或消除帶狀偏析，因此開展了如下試驗及相關(guān)工作。試驗過程與結(jié)果1擴散退火+完全退火挑選5件磁痕較多的螺栓(螺桿直徑為32mm)，進行如下擴散退火+完全退火工藝試驗：升溫1h到900℃保溫40min→繼續(xù)升溫1.5h到1100℃保溫12h→隨爐冷卻到小于200℃→升溫1h到880℃保溫2h→隨爐冷卻到小于450℃后出爐。2試驗后的檢測熒光磁粉檢測通過上述試驗后，螺栓表面氧化脫碳嚴重，為降低螺桿表面粗糙度(保證熒光磁粉檢測的準確度)，將上述5件螺栓的螺桿機械加工到直徑22mm后再進行檢測，結(jié)果磁痕顯示問題并沒有得到改善?？v向顯微組織檢測在上述5件螺栓的螺桿處截取?22mm×30mm試樣，觀察其顯微組織形貌，結(jié)果5件試樣都幾乎看不到帶狀形貌，晶粒也較細，如圖2所示。圖2擴散退火+完全退火后的縱向顯微組織形貌雖然通過擴散退火+完全退火工藝試驗已達到了消除帶狀偏析的目的，但磁痕顯示問題并沒有得到解決，由此可知，造成該批螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析。分析與討論從上述的擴散退火+完全退火工藝試驗結(jié)果可知，螺栓磁痕顯示的主因不是帶狀偏析，對其開展進一步的分析，具體如下。1塔形發(fā)紋檢測對制造螺栓的?55mm圓鋼進行塔形發(fā)紋檢測，檢測試樣示意圖如圖3所示，結(jié)果3個階梯均發(fā)現(xiàn)多條發(fā)紋，其長度和數(shù)量均不符合要求。圖3塔形發(fā)紋檢測試樣示意圖2橫向顯微組織檢驗在擴散退火+完全退火后縱向無帶狀偏析而磁痕較多的的螺桿處截取3個?22mm×30mm的試樣(3件螺栓上各取一個)，觀察其橫向顯微組織，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多個視場出現(xiàn)不同程度的異常組織，如圖4所示。圖4橫截面異常組織微觀形貌3能譜分析采用能譜(EDS)儀對圖4中的方框區(qū)域(橫向顯微組織中的大塊狀黑色區(qū)域)進行分析，結(jié)果見表1。

表1EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))％

可見該微區(qū)成分中并沒有鉻、錳、鉬、鈦等元素，與基體30CrMnMoTi鋼的主要合金成分完全不吻合。碳元素和氧元素的質(zhì)量分數(shù)異常高，分別為12.78％和32.62％。有害元素硫的質(zhì)量分數(shù)達到了0.46％，比高級優(yōu)質(zhì)鋼要求的最高含量還高了十幾倍，由此可見其冶金質(zhì)量較差。由上述分析可知，圖4橫截面異常組織的微區(qū)成分是主要由碳化物和氧化物組成的混合夾雜物。由以上分析結(jié)果可知，制造該批螺栓的?55mm圓鋼冶金質(zhì)量較差，其夾雜物嚴重超標，用該批材料制成螺栓后，其超標的夾雜物被遺留下來，引起了熒光磁粉檢測后的磁痕相關(guān)顯示。結(jié)論及建議盡管帶狀偏析引起工件磁痕顯示已成為不爭的事實，但本案例螺栓通過擴散退火+完全退火改善帶狀偏析后仍然出現(xiàn)磁痕