菅軍偉    (廣州市奧賽鋼線科技有限公司)

邢獻(xiàn)強(qiáng)    陳志偉    ( 中鋼集團(tuán)鄭州金屬制品研究院股份有限公司)

淬回火彈簧鋼絲主要用于彈性元器件的制  作 , 因其優(yōu)異的疲勞性能和抗衰減性能 ,大量裝  配于汽車、摩托車、船舶以及中高端機(jī)械設(shè)備,。 由于其對(duì)鋼絲表面缺陷的敏感性 ,通常需要做表  面無損探傷 ,便于后續(xù)彈簧制造商在生產(chǎn)彈簧時(shí)  分選 ,挑出存在有害表面缺陷的產(chǎn)品 , 以確保成  品彈簧服役過程中的高可靠性 ,。采用國內(nèi)某鋼  鐵公司生產(chǎn)的 Φ7 . 0mm 55sicr熱軋線材經(jīng)表面  處理、拉拔,、淬回火后制作的 Φ2 . 80mm產(chǎn)品 ,渦  流探傷時(shí)出現(xiàn)較多的異常信號(hào) ,但在對(duì)探傷異常  處的鋼絲表面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)未發(fā)現(xiàn)缺陷 ,筆者就此  現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

1    試驗(yàn)材料及方法

1● 1    試驗(yàn)材料

國內(nèi)某鋼鐵公司生產(chǎn)的 Φ7 . 0mm 55crsi 熱 軋線材 ,化學(xué)成分見表 1 。線材經(jīng)表面處理,、拉 拔、淬回火后制作成 Φ2 . 80mm產(chǎn)品 ,抗拉強(qiáng)度和 斷面收縮率見表 2 ,。

表 1    Φ7●omm55sicr彈簧鋼熱軋線材化學(xué)成分 w/%

表 2    Φ2●8mm淬回火彈簧鋼絲力學(xué)性能

1●2    試驗(yàn)方法

采用離線渦流探傷方法 ,確定異常信號(hào)的精 確位置 ;對(duì)精確定位的異常鋼絲采用以下方法進(jìn) 行分析:采用體式顯微鏡觀察鋼絲表面質(zhì)量 ;采 用金相顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析鋼絲顯微

組織和內(nèi)部缺陷 ;采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 EDs 線 掃描分析鋼絲心部偏析區(qū)和正常區(qū)成分 ;采用顯 微硬度計(jì)分析鋼絲內(nèi)部微區(qū)顯微硬度,。

2    檢測(cè)設(shè)備

本次樣品檢測(cè)設(shè)備有德國徠卡 DVM6 三維  超景深視頻顯微鏡 ,北京時(shí)代之峰 TH701 顯微  硬度計(jì) ,德國徠卡公司 DMI8A智能數(shù)字式研究  級(jí)金相顯微鏡 , 荷蘭 FEI 公司 NOva NanOsEM 430 超高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。

3    試驗(yàn)結(jié)果

3● 1    表面質(zhì)量

精確定位的 Φ2 . 80mm55sicr異常樣品表面 照片如圖 1 所示 ,均沒有觀測(cè)到表面缺陷,。

圖 1    鋼絲表面宏觀照片

3●2    顯微組織和顯微硬度

對(duì)精確定位的異常樣品沿鋼絲軸向解剖 ,并  磨削至中心附近 ,制作金相試樣 ,檢測(cè)顯微組織,、 內(nèi)部缺陷和微區(qū)成分。

樣品縱截面金相組織和顯微硬度如圖 2 所 示 ,。樣品中心區(qū)域整體金相組織如圖 2(a) 所 示 , 中心有兩處“ V”形裂紋和嚴(yán)重的偏析條帶 , 兩處“V”形裂紋分別處于嚴(yán)重的偏析條帶兩端 ;

圖2(b)為圖2(a)中區(qū)域①的放大照片 ,裂紋處 偏析條帶顯微硬度為 618 . 5HV1 , 附近正常區(qū)域 顯微硬度為 560 . 9HV1 , 差值達(dá) 57 . 6HV1 ; 圖 2 (c)為圖2(a)中區(qū)域②的放大照片 ,為中心區(qū)域 偏析正常區(qū) ,顯微硬度為 575 . 7HV1;圖 2(d) 為 樣品表層金相組織照片 ,顯微硬度為 568 . 8HV1 ; 圖2(e) 為樣品 1/2 半徑處金相組織照片 ,顯微 硬度為 585 . 3HV1 ,。

圖 2    樣品縱截面金相組織和顯微硬度

3●3    掃描電鏡和 EDS檢測(cè)

樣品中心偏析裂紋區(qū)和中心正常區(qū)域以及 1/2 半徑處的 SEM照片見圖 3 所示。

圖 3    樣品 SEM照片

對(duì)中心偏析裂紋區(qū)和中心正常區(qū)的 EDS 線

掃描如圖 4 所示 ,。其中圖 4(a) 為 2(b) 中白色 虛線處的線掃描照片 ;圖 4(b) 為 2(c)中白色虛 線處的線掃描照片 ; 中心偏析裂紋區(qū)域的 Si 含 量波動(dòng)較中心正常區(qū)域更加明顯,。

圖 4    EDS 線掃描圖譜

圖 5    不同電流頻率下的激發(fā)信號(hào)

3●4    內(nèi)部缺陷在渦流探傷的識(shí)別

在渦流探傷設(shè)備中設(shè)置不同頻率以激發(fā)樣 件同一位置缺陷信號(hào) ,不同電流頻率下的激發(fā)信 號(hào)如圖 5 所示 。當(dāng)電流頻率為 100Hz 時(shí) ,激發(fā)信 號(hào)達(dá)到 50%左右(圖 5a) ; 當(dāng)電流頻率為 60Hz 時(shí) ,激發(fā)信號(hào)為65%左右(圖5b) ,。

4    分析討論

通過離線探傷精準(zhǔn)定位 ,并對(duì)定位處鋼絲進(jìn) 行表面質(zhì)量檢測(cè)(圖 1) ,確認(rèn)了此次探傷異常信 號(hào)非表面缺陷引起 ;對(duì)精準(zhǔn)定位處的金相組織和 內(nèi)部缺陷檢測(cè)(圖2) ,確認(rèn)了鋼絲中心局部存在 嚴(yán)重偏析條帶 ,偏析條帶兩端各有一個(gè)“V”形裂 紋 ,對(duì)比檢測(cè)中心偏析條帶處 \ 中心正常區(qū)域處 \ 表層和 1/2 半徑處的顯微硬度顯示 , 中心正常區(qū) 域 \表層和 1/2 半徑處的顯微硬度******偏差為 16 . 5HV1 ,顯微硬度相對(duì)均勻 , 而中心偏析裂紋 處偏析條帶及其附近正常位置的顯微硬度分別 為 618 . 5HV1 和560 . 9HV1 ,差值達(dá) 57 . 6HV1 ,極 不均勻 ;掃描電鏡照片( 圖 3) 在 20000 倍下觀測(cè) 到裂紋處偏析帶中的球狀未溶碳化物明顯多于 中心正常區(qū)域處 ,1/2 半徑處已無明顯球狀未溶 碳化物存在 ,。EDS 線掃描圖譜(圖 4) 顯示中心 偏析裂紋區(qū)域的 Si 含量波動(dòng)較中心正常區(qū)域更加明顯。

由此推測(cè) ,線材在連鑄過程中 , 由于裝備 \工 藝或操作等原因 ,造成連鑄坯心部產(chǎn)生了局部的 si 富集 ,形成局部嚴(yán)重的成分偏析 ,并遺傳至熱 軋線材 。 由于中心局部區(qū)域 si 的富集形成的局 部嚴(yán)重偏析 , 伴隨著中心區(qū)域顯微硬度明顯偏 高 ,與周邊正常區(qū)域形成硬度差 ,導(dǎo)致鋼絲拉拔 時(shí)變形不協(xié)調(diào) ,在心部萌生裂紋源 ,此裂紋源在 后續(xù)拉拔過程中沿應(yīng)力******的方向進(jìn)一步擴(kuò)展 形成“V”形中心裂紋,。

在對(duì)異常鋼絲的渦流探傷工藝初步測(cè)試中 , 使用 100Hz 電流頻率和60Hz 電流頻率所激發(fā)的 探傷信號(hào)分別達(dá)到了 50% 和 65%左右 ,驗(yàn)證了 電流頻率對(duì) Φ2 . 80mm淬回火彈簧鋼絲內(nèi)部缺陷 的作用 ,。據(jù)相關(guān)資料[1]研究表明 ,渦流探傷的滲 透深度與電流頻率呈線性反比關(guān)系 , 即電流頻率 越高 ,滲透深度越低 。幾種不同材料的標(biāo)準(zhǔn)滲透 深度與頻率的關(guān)系如圖 6 所示 ,。對(duì)于鋼絲產(chǎn)品 來說 ,一般采用不大于 100Hz 的電流頻率進(jìn)行探 傷 ,主要是預(yù)防材料表面缺陷 , 由于本次材料線 徑為 Φ2 . 80mm ,位于中心的缺陷距表面 1 . 4mm , 處于探傷滲透深度范圍內(nèi) , 因此能夠形成異常信 號(hào) ,。當(dāng)線徑較大時(shí) , 中心裂紋能否通過探傷反 應(yīng) ,需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖 6    幾種不同材料的標(biāo)準(zhǔn)滲透深度與頻率的關(guān)系

5    結(jié)論

彈簧鋼連鑄過程中形成的中心區(qū)域局部較 為嚴(yán)重的 si偏析并遺傳至彈簧鋼線材 ,。si 偏析 形成的偏析條帶致使線材冷拔時(shí)形變能力嚴(yán)重 不協(xié)調(diào) ,造成鋼絲拉拔過程中局部形成中心裂 紋 ;當(dāng)鋼絲線徑較小 , 渦流探傷滲透深度能夠達(dá) 到鋼絲中心時(shí) ,可以識(shí)別鋼絲的內(nèi)部缺陷 ,且電 流頻率越低 ,激發(fā)信號(hào)越高,。

參   考   文   獻(xiàn)

[1]    劉貴明 ,馬麗麗.  無損檢測(cè)技術(shù)  [M] .  北京: 國 防 工業(yè)出版社 ,2009.

[轉(zhuǎn)自《2021 年金屬制品行業(yè)信息交流會(huì)論文集》]

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