锻件表面磁痕分析

1.出现的问题

某厂生产的12件锻件机加工成品中，经荧光磁粉探伤后发现8件表面磁痕（在不同表面发现多处轴向细长磁痕）。该产品的主要生产流程为低碳合金结构钢棒经自由锻-粗加工-超声波探伤-半精加工-渗碳-淬火-精加工-磁粉探伤。 产品微观淬火组织比较均匀，品粒度为ISO标准8级。

2.磁痕分析

通常磁痕的产生有可能为如下质因：磨削裂纹、材料白点、淬火裂纹、锻造裂纹、非金属夹杂。根据磁痕的外观形状、分布就可以初步分辨多数的原因。

2.1 磨削裂纹

当砂轮和工件接触面较大、砂轮过钝、进给量过大、工件冷却不当时，将致使工件表面各部位磨削应力变化较大，促使工件渗碳层的压应力状态受到严重破坏，工件表面由压应力状态转化为拉应力状态，当应力超过工件本身的强度极限时，零件表面会产生裂纹。它的特点是裂纹细窄、多垂直于磨削方向。该凸轮锻件表面磁痕的分布比较分散，在热处理后的梢磨表面和热处理前的车加工表面都存在磁痕，则可以初步排除磨削造成裂纹的可能。

2.2白点

白点是过量氢在钢中，特别是在热轧和锻压合金钢冷却后，析出积聚而产生的内部开裂。白点大多分布在大型轧材或锻件的近中心或离表面一定距离处，往往成群出现。磁粉探伤发现的白点是其横断面，即细小的裂纹，裂纹边缘呈锯齿状。白点对钢材的机械性能影响极大，厲于不允许缺陷。白点的磁粉图形呈幼虫状或断线状，开裂中部粗大，两端尖细，因而积聚磁粉浓厚而紧密，这显然与细长磁痕不符。

2.3淬火裂纹

如果钢件过热，奥氏体长大。淬火中产生的粗针马氏体会相互碰撞造成应力集中，产生横向裂纹。淬火中零件表面受拉应力，中心受压应力；此时一种情况是裂纹在零件的表面，一般较深、较粗。但是本产品晶粒度 良好达到ISO标准8级，显然不是过热。当零件形状比较复杂时，在转角、沟槽或加工尖角处也容易产生裂纹。然而在本案例中磁痕在工件平坦的表面大量出现， 则至少说明有除形状之外的内因。

2.4锻造裂纹

锻造工艺不当，如加热冷却温度控制不好、操作不正确、工件凹陷折叠等原因造成裂纹一般比较浓密淸晰，或折叠或弯曲。金属在锻造过程中发生流变，因各部分受力变形程度不同，产生的裂纹经常与钢锭内部缺陷有关。如锻坯皮下有气泡时易形成锻造裂纹，这种锻造裂纹常出现在锻件表面，在工作中比较容易发现；又如锻坯上存在缩孔或夹杂物时，也容易造成锻造裂纹，缩孔形成的裂纹一般较长，出现在锻件的心部，属于内裂，而夹杂物或夹层形成的裂纹细长，分布无规律，这种情况产生的概率比较小。如果裂纹产生的方向不巧，即使超声波探伤也未必能全部查出。

2.5非金属夹杂物

轴状和杆状零件的非金属夹杂物的磁痕与发纹相像，一般呈直线状。非金属夹杂物通常沿金属的纤维方向分布，与前面论述的细长磁痕比较相似。

3.复检

为了进一步分析磁痕产生的职因，又对实际产品磁痕附近的基材进行取样并作化学成分分析，另外还针对磁痕解剖取样进行电子探针分析。

3.1 化学成分检验

对从实物进行化学成分分析的结果。材料的化学成分大部分合格，但是其中S含量超标，这正指向了前述磁痕分析的非金属夹杂倾向。

3.2 电子探针分析

电子探针分析结果,左边细条为磁粉探伤发现的缺陷，经过解剖取样抛光后，针对该缺陷区域进行能谱成分分析。右边显示所探点的化学成分。能谱分析测得该点的S = 35.07% ,Mn=53.86%，显然该缺陷为Mn、S非金属夹杂。

4.结论

通过对凸轮段表面的磁痕进行初步分析，怀疑该处有可能为非金属夹杂物。随后进行化学成分分析，发现S含量超标。为了进一步确认缺陷的性质，经实物解剖取样，通过电子探针分析，定量得出磁粉探伤发现的磁痕为Mn、S非金属夹杂，即该批材料在炼制过程中S含量不达标。