栗雪 王洋
建龙北满特殊钢有限责任公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161041
【摘要】为了提高产品检验质量，本文针对AISI 4145HMOD进行探伤，低倍断口等试验，分析问题产生的真正原因，为今后改善产品质量，提供了重要参考数据。
【关键词】超声探伤、缺陷、裂纹
AISI 4145HMoD轴是我公司生产的轴类锻件产品，是石油部门专门用于稳压器的重要部件，我公司在对该产品调质后探伤过程中，先后发现8支锻件在轴身处缺陷当量超标，废品重量达80余吨，给公司造成很大的经济损失，为查找问题产生的真正原因，防止此类问题再次发生，我们对其中1支进行解剖分析。
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图1 AISI 4145HMoD实物图
1、冶炼方法及化学成分
1.1冶炼方法
采用电炉+LF+VD或转炉+LF+VD
2、解剖记录
在8支不合格品中，选取一支作为解剖对象。
表1 锻件探伤不合表
2.1 探伤条件
探伤仪器型号：MUT800C型数字超声波探伤仪
探 头 型 号： B2S德国进口直探头 (直径φ24mm,频率2MHz)
耦 合 剂 ： 机油
钢材表面状态：调质后黑皮
轴 身 直径 ： φ925mm
探 伤 方 法 ： 纵波直探头探测
2.2 探伤缺陷描述
首先对锻件进行100%探伤，轴颈未发现缺陷，整个轴身缺陷非常严重，通长Φ3-Φ5/3-6，严重处缺陷波大于底波F≥B/4-5。探伤波形如图2所示，我们在轴身中间严重部位(缺陷波大于底波)取横向试片进行缺陷分析，试片厚30mm。
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3、低倍检验
在轴身中间锯开后，肉眼可见直径100mm左右大裂纹。经车床加工后酸洗， 在横向低倍试片的中心区域呈较宽的像鸡爪形裂缝，缝壁比较清洁，周边组织致密。此外没有发现其它冶金缺陷。 低倍试片如图3所示。
4、断口检验
在纵向断口上，由于热加工变形的影响，裂纹处呈光滑的平面，裂纹处已经氧化。
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图4 断口检验图
5、金相检验
5.1裂纹观察：
缺陷在显微镜下有呈孔洞状，裂纹附近有少量点状夹杂物.
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6、缺陷分析
通过超声波探伤、低倍及断口试片，我们认为缺陷较大，属于报废性缺陷。缺陷性质属内裂和缩孔这两类缺陷，但轴身缺陷严重，且缺陷处无夹杂存在，排除了一次缩孔的可能，故判断缺陷性质为内裂。
6.1裂纹探伤的原理
在超声波探伤中，白点、裂纹、缩孔是钢材中不允许存在的三大缺陷，此类缺陷严重破坏了金属的连续性。从超声波探伤原理讲，只要声波在传播过程中遇到反射体 ，就会发生反射、折射和波形转换，特别是遇到声阻抗相差大的界面，反射尤为强烈。基于上述原理，裂缝中声阻抗远小于钢中声阻抗，故缺陷反射波较强烈，几乎无透射，无底波反射。
6.2裂纹超声波探伤特征
裂纹的第一个波形特征：伤波呈束状，波底宽大，波峰分枝，伤波幅度通常不高，但反射强烈，波峰尖锐清晰。裂纹伤波的峰尖都呈分枝状，分枝的原因是裂纹面上的尖角并不完全处于同一个波阵面上，加之仪器的分辨能力有限。
裂纹的第二个波形特征：伤波的出现，对底波和底波次数的影响比较显著。探伤时尽管伤波幅度较低，甚至很难看到伤波，但底波和底波反射次数却显著地降低或减少。造成裂纹对底波影响严重的原因是由于裂纹的缝隙为真空状态或由析出的某种气体所填充，因此声波在缝隙处的透过率几乎为零。
裂纹的第三个波形特征：降低仪器灵敏度时，伤波的下降速度比底波或其它类型的缺陷波迟缓得多。
根据以上三点，我们此批废品与上述特征完全吻合。
7、裂纹产生原因及措施
7.1裂纹产生原因
7.1.1锻造裂纹
因锻造方法不当，在锻件内部引起的裂纹，一般产生在加热温度过低时、一次变形量过大、以及加工过程中，工件截面形状不当等情况下。由于这个原因，内裂大多数出现在自由锻中，在轧材中几乎不会产生这种裂纹。
7.1.2内应力裂纹
这种裂纹主要产生在高碳钢或高合金钢的钢锭加热时，其特征是在锭或坯内部形成横向裂纹或纵向裂纹。它是由于钢锭加热较快时，表面和中心之间存在较大的温度差，表面的热膨胀大于中心的热膨胀，中心部分形成的较大的拉应力引起的。通常人们把这种受热不均匀而产生的应力叫做热应力。在热应力和坯料中原有残余应力的共同作用下，纵向拉应力可能导致内部横裂，切向应力可能在钢中形成纵裂，为了预防这种裂纹的产生，应尽量减少钢锭中的残余应力和适当控制加热时的升温速度。
7.1.3缩孔残余裂纹
这种裂纹是锭模设计不合理，浇注过程中控制不当，缩孔不是集中在冒口部位，锻造时引起裂纹，或者由于锻造时冒口切除不足，致使缩孔或二次缩孔残留在工件上形成裂纹。预防的办法就是改进锭模设计和浇注工艺使得缩孔集中在冒口处。
7.2裂纹的防治措施
（1）凝固后的钢锭必须采用合适的冷却方法，对易出现内裂的钢，如高碳钢、高合金钢，应特别注意采用热送和热送退火或抗冷。
（2）热加工前，钢锭要采用合适的加热制度，加热速度不能过快，冷锭装入加热炉时，炉内温度不应过高，最好应事先将冷锭预热后再装入热炉内。
（3）锻轧时，要采用合适的压下量。
（4）钢锭模设计要合理，防止二次缩管的产生。
8、结论
通过以上解剖试验分析，确定缺陷性质为裂纹，找到了问题产生的原因，并在冶炼和加工过程中采取了防治措施，在对后期补制料探伤时，未发现裂纹产生，提高了钢材实物质量。
参考文献：
【1】全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会.超声波探伤【M】.北京：劳动部中国锅炉锅炉压力容器安全杂志社会，1997.
【2】陈德和.钢的缺陷【M】北京：机械工业出版社，1977.
【3】牛俊民.钢中缺陷的超声波定性探伤【M】北京：冶金工业出版社，1987.