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1存在的問題 21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)冷拉棒材是制造內(nèi)燃機高溫排氣閥門的理想材料,為低鎳奧氏體不銹鋼,是以碳化物、氧化物彌散強化的奧氏體耐熱鋼。在700℃以下具有良好的強度、硬度和極好的抗腐蝕性能。隨著汽車發(fā)動機高功率化所產(chǎn)生的排氣溫度上升,排氣凈化率提高以及汽車輕量化的需求,對材料的耐蝕性、抗氧化性和熱強度等需求很嚴。21-4N等閥門鋼冷拉棒材由于碳、氮、錳含量較高,不易軟化,冷拉工藝差,內(nèi)應(yīng)力大,極易產(chǎn)生應(yīng)力裂。 1990年～1994年,21-4N等閥門鋼冷拉棒材探傷報廢率在5%以下,未發(fā)生大的質(zhì)量異議。1994年8月后一段時間,探傷報廢率上升至17%以上,漏檢現(xiàn)象嚴重,質(zhì)量異議增加。經(jīng)解剖分析,缺陷類型較多,半徑裂、橫向裂、龜裂、枝狀裂、包邊、折疊等等,說明生產(chǎn)出現(xiàn)異常。經(jīng)過十幾年的工藝改進,目前存在的缺陷類型減少。但表面質(zhì)量仍不容樂觀,有一些表面裂紋無法完全消除或檢出。 由于部分表面裂紋不能檢出,所以近一年來,將原來制訂探傷人工傷標準20 mm×0.1 mm×0.07mm靈敏度的基礎(chǔ)上提高到20 mm×0.1 mm×0.05 mm(長×寬×深),這已是GB/T 8361-2001《冷拉圓鋼表面超聲波探傷方法》最嚴的級別,是冷拉棒材超聲波探傷方法中最高的靈敏度,并且對每批鋼進行人工隨機抽查,質(zhì)量異議減少。但要保證零缺陷并不現(xiàn)實,再提高探傷靈敏度可以探出更小缺陷,可是遇到表面劃痕、磨痕也會報警,引起誤報率增加,達不到實際探傷效果。 2漏檢主要原因分析 2.1探傷使用的人工標準傷為20 mm×0.1 mm×0.05 mm(長×寬×深),屬于開口型缺陷。探傷校驗時,標準傷間隙中充滿機油,鋼與機油聲阻抗值相差很大,鋼與機油界面的聲壓反射率RB為94%,幾乎全反射。如果調(diào)整正確,反射波將會被探頭良好接收(圖1)。 
但21-4N冷拉棒材在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的表面裂紋,雖然經(jīng)過表面磨制,仍有少量表面裂紋未處理掉,裂紋內(nèi)充滿氧化物夾雜,見圖2。夾雜性質(zhì)見電鏡掃描數(shù)據(jù)(表1)。  
圖2中裂紋深0.12 mm,比人工標準傷0.05 mm深一倍多,但裂紋反射波低于人工標準傷反射波,所以未報警,造成漏檢。分析說明,鋼基體與金屬氧化物聲阻抗值相差較小,聲壓反射率RB經(jīng)計算約為42%。鋼與鋁聲壓反射率RB為45%,所以金屬氧化物聲學(xué)特性與鋁聲學(xué)特性相似。同樣大小的缺陷,由于耦合界面兩種物質(zhì)聲阻抗的差值不同,會呈現(xiàn)不同的靈敏度。鋼基體與金屬氧化物聲壓反射率RB為42%,明顯低于鋼與機油界面的聲壓反射率RB(94%),一部分聲波透過金屬氧化物繼續(xù)向前傳播,所以,含有金屬氧化物的裂紋比無填充物的裂紋較難檢出,見圖3所示。 
2.2如果表面裂紋寬度非常微小,如圖2裂紋寬度只有0.017 mm,在鋼中視為異質(zhì)薄層。這時的聲壓反射率≈0,聲壓透射率≈1。分析表明,超聲波在遇到非常致密的微小裂紋時,聲波透射多,探頭接收的裂紋反射波較少,靈敏度降低,有時雖然自然傷裂紋深度超標,但寬度非常窄,視為異質(zhì)薄層,仍有超聲波透射過裂紋繼續(xù)前進,使得裂紋不能報警檢出。 2.3由于裂紋界面的不平整,會產(chǎn)生超聲波常見的散射衰減。如果標準傷和裂紋深度一樣(長度不計),那么裂紋反射率會比標準傷低。見圖2,圖4。 圖4為21-4N冷拉棒材表面裂紋缺陷。此缺陷未被超聲波檢出,這是人工抽查發(fā)現(xiàn)的。缺陷徑向深度0.06 mm,截面總長度約0.1 mm。裂紋呈網(wǎng)狀,內(nèi)含夾雜物,散射衰減極強,所以此類缺陷易漏檢。將此棒材酸洗后,裂紋內(nèi)氧化物被酸洗掉,裂紋暴露明顯,再用同樣的靈敏度探傷就可以檢出。見圖5。 
2.4超聲波探傷存在明顯方向性,一旦表面裂紋不指向中心,尤其取向明顯時,經(jīng)裂紋界面反射的超聲波能量也較小,無法報警檢出。 3結(jié)論 通過理論與實際分析,說明超聲波探傷是采用當量對比法,在一定標準傷的基礎(chǔ)上進行,同時由于自然缺陷在實際形狀、取向、分布不規(guī)律以及內(nèi)填充物的影響下,其被超聲波探傷檢出的效率要遠低于同樣尺寸的標準槽傷,這正是21-4N冷拉棒材超聲探傷的局限性所在。任何探傷方法既有其自身的特點,也有其局限性。因此單純采用超聲波探傷方法要保證21-4N冷拉棒材缺陷全部檢測出來是不現(xiàn)實的。應(yīng)采用兩種甚至多種探傷方法組合成綜合檢測系統(tǒng),起到互補作用,才是行之有效的檢驗方法。 摘自：中國計量測控網(wǎng)
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