精鑄鋼件加工過程中缺陷的磁粉檢測

楊書勤，張軍紅，陳俊文，張家瑞

（陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，漢中 723215）

鑄件成型后經(jīng)過多道機(jī)械加工及熱處理工序才能成為半成品或成品。除了鑄件成型后毛坯件和原材料自帶的缺陷外，在后續(xù)的加工工序中仍會產(chǎn)生缺陷。

為解決這一問題，提高產(chǎn)品的合格率及減少生產(chǎn)成本、降低工時損耗，筆者以批量的精鑄件“口蓋鎖托板螺母”為例（如圖1所示），通過磁粉檢測，及時跟蹤這批螺母在機(jī)械加工及熱處理過程中發(fā)現(xiàn)缺陷的螺母數(shù)量，以及產(chǎn)生缺陷的部位和性質(zhì)，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析螺母缺陷的產(chǎn)生原因，為后續(xù)的加工工藝改進(jìn)提供參考。

圖1 口蓋鎖托板螺母

1 零件加工工序及磁粉檢測

1.1 零件加工工序安排

口蓋鎖托板螺母的原材料35CrMnSiA 為鐵磁性材料，適合磁粉檢測。

在鑄造成型后，經(jīng)過加工發(fā)現(xiàn)的缺陷主要是裂紋、氣孔等。正常情況下，零件只在最終成品前安排一次磁粉檢測，為了研究熱處理及機(jī)械加工對零件產(chǎn)生的影響及跟蹤可能對零件造成缺陷的工序，筆者在工序過程中安排了四次磁粉檢測，試驗(yàn)的工序安排為：（1）檢查零件；（2）磁粉檢測；（3）分光；（4）車工；（5）鉗工；（6）清洗；（7）磁粉檢測；（8）半成品檢驗(yàn)；（9）熱處理；（10）磁粉檢測；（11）鉗工；（12）車工；（13）鉗工；（14）磁粉檢測；（15）鍍鎘鈍化；（16）成品檢驗(yàn)。

檢測的鑄件共1299件分為7個批次進(jìn)行磁粉檢測。

1.2 磁粉檢測

磁粉檢測［1］對于檢測鐵磁性鑄件具有較高靈敏度，特別是表面微小裂紋。

因?yàn)樵撆谏w鎖托板螺母鑄件較小，形狀適合用中心導(dǎo)體檢測法，使用交流電進(jìn)行周向磁化，電流強(qiáng)度為700A。根據(jù)零件材料的性質(zhì)，選用熒光磁粉檢測法。根據(jù)剩磁大小選擇連續(xù)法［2］與剩磁法，原則上選用的是連續(xù)法，檢測設(shè)備為交直流2000型熒光磁粉探傷機(jī)，如圖2所示。

圖2 中心導(dǎo)體法磁粉檢測設(shè)備

2 磁粉檢測與熱處理

2.1 磁粉檢測

磁粉檢測共進(jìn)行四次，第2號工序磁粉檢測是在鑄件目視檢查后進(jìn)行，主要針對成型毛坯件的鑄件缺陷進(jìn)行檢測，如表面微小裂紋、氣孔、疏松等缺陷；第7號工序磁粉檢測是在車工與鉗工后，檢查零件因機(jī)械加工產(chǎn)生的裂紋缺陷；第10號工序磁粉檢測是在熱處理后，檢查熱處理過程中造成的缺陷；第14號工序磁粉檢測是最后一道磁粉檢測工序，檢查最終因機(jī)械加工造成零件產(chǎn)生的缺陷。

2.2 熱處理

熱處理［3］包括退火、正火、淬火、回火等。退火后的零件是毛坯件，退火目的是降低材料硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工，此處熱處理退火是為了有利于后面的車工和鉗工。

第9號工序熱處理工序?yàn)榇慊稹逑础鼗稹g化—干燥：①加熱時淬火溫度為890℃，時間為7～10min，淬火介質(zhì)為硝鹽，冷卻時溫度為200～250℃，時間為30～60min。②清洗干凈。③回火時加熱溫度不大于520℃，時間為90～120 min，回火介質(zhì)為水，冷卻時溫度為不小于60℃。④鈍化過程中保持室溫狀態(tài)，時間為1～2min。⑤干燥過程保持溫度100～150℃，進(jìn)行烘干。

淬火是為了獲得馬氏體組織，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性；隨后進(jìn)行回火的目的是減小或消除淬火的內(nèi)應(yīng)力，以防止工件變形或開裂；通過適當(dāng)?shù)幕鼗鹂上慊痄摰拇嘈?，改善塑性和韌性，適當(dāng)調(diào)整鋼的強(qiáng)度和硬度，從而獲得所需要的綜合性能；回火處理可使淬火后不穩(wěn)定的組織趨于穩(wěn)定，從而穩(wěn)定鑄件的組織。

3 檢測結(jié)果與分析

7批鑄件的磁粉檢測結(jié)果如表1所示。

表1 磁粉檢測結(jié)果

從表1分析：主要是10號工序磁粉檢測（熱處理后）與14號工序磁粉檢測（熱處理后的機(jī)械加工）所檢測出來的缺陷零件較多，主要缺陷為裂紋，如圖3所示。

圖3 熒光磁粉檢測顯示的裂紋缺陷

從裂紋缺陷產(chǎn)生的位置來看，主要集中在零件邊緣與凹槽應(yīng)力集中處，分析有3 個方面的原因：①與零件熱處理（淬火）有關(guān)，零件淬火后存在內(nèi)應(yīng)力，在常溫下應(yīng)力會釋放而產(chǎn)生裂紋。②與零件機(jī)加工有關(guān)，零件經(jīng)過車工和鉗工后，表面和內(nèi)部材料的不均勻性會暴露出來造成裂紋。③零件經(jīng)過熱處理后磁粉檢測未出現(xiàn)裂紋，隨后經(jīng)過機(jī)械加工，裂紋出來了。這涉及到熱處理后的時效性，即經(jīng)過一定的時間后，零件內(nèi)部應(yīng)力釋放，使得機(jī)械加工后，裂紋顯現(xiàn)出來了。

針對第2批與第6批零件的第1 0道工序檢測中出現(xiàn)的大量的缺陷零件，分析原因?yàn)橹饕c其熱處理工藝有關(guān)：①零件在爐里的位置。②爐里的溫度不均勻。

根據(jù)最終結(jié)果統(tǒng)計，零件總成品率為67%，必須對制造及加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)檢測結(jié)果分析，不排除環(huán)境原因與檢測人員的個人因素所造成的漏檢。

4 結(jié)論

對鑄造零件毛坯成型的后續(xù)加工進(jìn)行了跟蹤，對可能產(chǎn)生零件缺陷的工序進(jìn)行了工序后的磁粉檢測。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，鑄造零件經(jīng)加工后的成品率不高，主要原因是熱處理工藝及延時裂紋的時效性問題。在機(jī)加工中也存在少數(shù)的缺陷零件，涉及到鑄件本身的材料組織問題，結(jié)果對日后加工工藝的改進(jìn)提供了一個參考。

［1］國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會編.磁粉檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：－4.

［2］任吉林，林俊明.電磁無損檢測［M］.北京：科學(xué)出版社，2004：75－282.

［3］丁仁亮.金屬材料及熱處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：2－71.