磁粉探伤作为检查机械零件内部及表面缺陷的一种常用手段, 其原理简单, 操作容易, 现已广泛应用于机械零件缺陷的检查中。而对磁粉探伤中发现的缺陷如何正确分析和判断比较困难。本文就此问题理论结合实际加以总结与讨论。
1 正确判断裂纹缺陷的重要性
产品的技术条件中都规定有验收标准, 如我厂使用的设备、设备零件不允许有裂纹, 即磁粉探伤的零件有裂纹而又不能消除时应报废。因此, 正确判断零件是否有裂纹是执行技术条件的基础工作之一。如果判断标准过宽或漏检缺陷,会造成重大事故; 反过来, 把不应报废的零件报废, 会产生严重经济损失。两者均要避免,
做到恰如其分。这样必须掌握好磁粉探伤原则, 并在实践中积累经验, 使认识臻于完善。
2 裂纹缺陷判断的依据
(1) 磁粉图是分析裂纹缺陷的第一手资料, 其特征是: 磁粉图的形状和分布情况大体上是裂纹的形状和分布情况的描写; 磁粉图受裂纹宽度、深度、形状及裂纹导磁系数的影响。
(2) 必须了解零件在磁粉探伤前的工艺过程, 因裂纹是有来源、有规律可循的。
(3) 一般磁力探伤中所发现的裂纹形状和分布特征都取决于工艺过程中零件所受的最大正应力和零件内部情况, 所以裂纹的形成、形状、大小和分布情况都是这两个因素迭加的结果磁力探伤本身不能制造裂纹缺陷。
3 常见裂纹缺陷的特征及其规律性
3.1 白点
白点是在热轧和锻压合金钢中出现的一种缺陷。白点是在钢热压力加工后的冷却过程中形成的, 属于钢的内部开裂的一种。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, 在钢件的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点, 直径一般约5mm～ 10mm ; 白点往往成群出现, 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; 白点分
布大多和钢种的纤维方向平行, 有时呈辐射状, 锻件愈大愈容易产生白点。白点对钢材的机械性能影响极大, 属于不允许缺陷。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。白点的特点是形成了零件材料基体开裂, 因而积聚磁粉浓厚而紧密。防止白点出现的措施是减少钢中的氢气, 即炼钢时将钢中的氢气含量减少至最少限度, 可通过选择干燥、纯净的炉料实现。有条件的可采用真空熔炼和真空处理钢水, 或利用去氢退火减少钢锭中的氢含量。
3.2 淬火裂纹
钢中的冶金缺陷、压力加工中形成的裂纹或白点、晶粒粗大、精加工留下的尖角及刀痕以及热处理加热温度过高和冷却不当均会引起淬火裂纹。淬火裂纹特点是粗大、呈投射状开裂, 一般中部肥大, 两头尖细而弯曲, 裂口四周无氧化颜色, 无脱碳现象。淬火裂纹一般比较深, 积聚磁粉很急剧, 磁粉堆积很浓厚。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; 另一种情况是容易在零件的最大拉应力部位产生内裂, 并向中心部位发展。若零件淬火时表面受拉应力, 中
心不受力, 此时形成网状或阶梯状裂纹, 裂纹的延伸方向和感应圈运动的方向垂直。当零件形状复杂, 淬火裂纹经常发生在横截面急剧变化处, 如薄壁与厚壁相交处或有孔、槽、沟处。总之, 必须分析零件在热处理中的应力分布状况和所发现的裂纹的形状、大小、分布情况, 然后加以比较, 做出结论。
3.3 铸造裂纹
铸造裂纹可分为热撕裂、热裂纹和冷裂纹三种。
3.3.1 热撕裂
热撕裂是在接近于金属和合金凝固点温度下形成的。对钢和铸铁来说是金属或合金在生成珠光体前的收缩受到阻碍所造成的。热撕裂主要是钢材的线收缩所致, 在各种钢材中, 铬镍钢的线收缩最大, 而锰钢、镍钢次之, 碳钢较小, 灰铸铁最小, 故铬镍钢热撕裂敏感性大, 锰钢和镍钢次之, 碳钢较小, 灰铸铁热撕裂已属罕见。热撕裂的分布与铸件及铸模形状有关。热撕裂的外形是短而粗, 大部分呈弯曲状, 中部肥大, 尾部尖细而弯曲。
3. 3.2 冷裂纹
冷裂纹是铸件在冷却过程中, 各部分冷却速度不同而致。其形状狭窄而弯曲, 常发生在铸件壁厚变化较大的部位。冷裂纹的发生与铸件形状和材料导热系数有关。导热系数愈大, 冷裂倾向愈小, 如有色金属铸件因导热系数大很少发现冷裂现象, 而铸钢、高合金钢、高碳钢因导热系数小而具有较大的冷裂倾向。
3.3.3 热裂纹
热裂纹是指铸件热加工过程中形成的裂纹, 一般是由铸造缺陷在退火、正火、淬火过程中发展起来的, 主要是温差应力所致。
3.4 锻造裂纹
金属在锻造过程中发生流变, 因各部分受力不同, 变形程度不同, 锻造裂纹与锻件的内部缺陷关系极大。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; 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。
3.5 磨削裂纹
当砂轮和工件接触面较大、砂轮过钝、进给量过大、工件表面散热性能差、循环冷却不当时, 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, 使零件表面产生裂纹。它的特点是裂纹细窄、密而短小且浅, 而淬火裂纹则比较宽粗而且较深。
3.6 焊接裂纹
焊接是局部加热, 从冷态开始至加热熔化, 熔池温度可达2 000 ℃以上, 其周围又是冷态金属, 两者温差极大, 使工件产生大的内应力和变形, 严重者产生裂纹, 即焊接裂纹。减少焊接裂纹的方法是焊前预热,
3.7 发纹
发纹是冶金缺陷(气孔、非金属夹杂物) 在变形焊后缓冷或焊后退火。过程中发展而形成的。发纹的发生与零件的形状有关, 直线状和圆柱状零件最容易产生发纹。发纹的形状一般呈直线状, 沿金属流线分布。大多数情况下, 发纹能用肉眼观察到。由硫化物引起的发纹呈亮灰色, 由氧化物引起的发纹无色。
3.8 非金属夹杂物
对于一些杆状零件, 磁粉探伤中发现非金属夹杂物是经常的事。非金属夹杂物的磁粉图与发纹类似, 一般呈直线状, 只有极个别的情况下呈稍微的弯曲形状。非金属夹杂物沿金属的纤维方向分布, 尚未发现垂直于或与金属纤维方向呈某一角度的非金属夹杂物。它积聚磁粉比较浅、淡, 它的尾部一般不大尖细, 这是与裂纹不同的。非金属夹杂物没有破坏材料的连续性, 因而属于允许疵病。
4 分析裂纹缺陷的一般步骤
4.1 了解情况
首先了解磁粉图的形状和分布情况、零件加工工艺过程、零件材质及工作状态等。
4.2 进行分析
把发现的缺陷分成两类: ①裂纹主要指淬火、锻造、铸造、焊接裂纹, 某些重要零件还有磨削裂纹等缺陷, 属于不允许缺陷; ②发纹和非金属夹杂物为允许缺陷, 只是它们的允许程度不同, 必须视具体情况具体分析。当发现不允许缺陷时, 需立即报告主管部门, 并会同有关单位作出报废决定。
4.3 复检或做补充试验
对以上工作发生怀疑时可以进行复检或做补充试验。
5 具有覆盖层零件的探伤
5.1 工件被磁性金属覆盖层覆盖
工件被磁性金属覆盖层覆盖时不宜于用磁粉探伤法探伤。镀铁、镀镍、镀钴及其合金将使工件表面覆盖层具有高的导磁率, 被缺陷阻滞而弯曲了的磁力线将透过表面覆盖层, 而不易造成漏磁场, 致使工件表面层下缺陷不易检出。
5.2 工件被非磁性金属覆盖层覆盖
工件被非磁性金属层覆盖时仍可用磁粉探伤法探伤。镀锌、镀锡、镀锑、镀铜等使工件表面覆盖层具有较小的导磁率，不会或很少影响表面缺陷造成的漏磁场, 不会影响缺陷的检出。
5. 3 工件被非金属覆盖层覆盖
工件被非金属覆盖层覆盖, 如磷化或氧化, 其导磁率也很小, 对磁粉探伤的效果不会有大的影响, 但对磷化或氧化来说, 因表面呈兰色和黑色, 不能再用黑色磁粉, 应改用白色或红色磁粉。据资料介绍，表面覆盖了非金属覆盖层检查钢件表面的非金属夹杂物不再灵敏, 甚至检查不出来。
5.4 喷丸或喷砂
工件喷丸或喷砂后因不改变表面性质,只是使表面变形或改变表面的应力状态, 故不影响磁粉探伤, 探伤又往往在喷丸或喷砂之后进行。
为此，在进行磁粉探伤检测工作要结合工件的材质、加工状态和表面状况选择合适的磁化电流和磁化方法，结合合理的磁化规范才能更准确的做好磁粉检测工作。
