手机版
|
浅析锻件质量检验的内容和方法 摘要 为了保证或提高锻件的质量，应对锻件进行必要的质量检验。本文针对太钢型材厂的锻材工序，详细的论述了目前对锻材进行质量检测的必要性及重要性，并将锻件质量检验的内容划分为外观质量检验及内部质量检验两大块。外观质量检验主要指锻件的几何尺寸、形状、表面状况等项目的检验；内部质量的检验则主要是指锻件化学成分、宏观组织、显微组织及力学性能等各项目的检验。对于外观质量检验来说，可以用肉眼或低倍放大镜等方法进行检测；对于内部质量检验来说，可以采用宏观组织检验法、微观组织检验法、力学性能检验、化学成分分析法及无损检测法等，而其中无损检测法又包括磁粉检验法、渗透检验法、涡流检验法、超声波检验法等。除对上述检验方法进行详细描述外，本文还讨论了检验方法的选择，检验结果的分析判断以及检验的方法标准。全面而又细致对锻件质量检验进行了论述。 关键词：锻件、质量检验、检验内容、检验方法、检验标准 一、引言 太钢型材厂锻材工序是太钢唯一的大型锻材（件）锻造基地，年产锻材（件）4万吨左右，主要产品是以不锈钢、模具钢、出口钢（碳合结钢为主）、石油钻井用钢等为主的锻材（件）。锻造工为锻材工序的主要岗位，涉及加热、锻造、热处理及吊运几大环节。主要设备包括快锻机系统、电液锤系统、装取料机、加热炉及热处理炉等。为做好大型锻材（件）市场需求，太钢型材厂已进行装备改造，1800吨的径锻机将建成，8000--10000吨的快锻机正在立项论证。 当今时代，人们对产品的使用要求更高了，相应对制造产品的锻件也提出了更高的要求。而锻件质量问题的表现形式又多而杂，某些类型的锻件缺陷又将严重地降低锻件的性能，威胁使用的安全性、可靠性，缩短了使用寿命，这类缺陷的存在其后果是严重的。因此对锻件质量的检验也提出了更高的要求，即绝不能将带有缺陷的锻件放过去，特别是不能放过那些严重影响使用性能的带有缺陷的锻件。要做到这一点，就要在进行锻件质量的检验和 控制时，除充分地沿用常规的检测方法及手段外，也要采用反映当代水平的更快速更准确的检测手段和方法，使之对锻件质量的评估、锻件缺陷性质的判断、产生原因的判断及形成机理的分析更准确，更符合实际，从而保证不放过缺陷锻件，并能采取得当的解决措施来改进和提高锻件质量。 二、锻件质量检验的内容 锻件缺陷的存在，有的会影响后续工序处理质量或加工质量，有的则严重影响锻件的性能及使用，甚至极大地降低所制成品件的使用寿命，危及安全。因此为了保证或提高锻件的质量，除在工艺上加强质量控制，采取相应措施杜绝锻件缺陷的产生外，还应进行必要的质量检验，防止带有对后续工序（如热处理、表面处理、冷加工）及使用性能有恶劣影响的缺陷的锻件流人后续工序。经质量检验后，还可以根据缺陷的性质及影响使用的程度对已制锻件采取补救措施，使之符合技术标准或使用的要求。 因此，锻件质量检验从某种意义上讲，一方面是对已制锻件的质量把关，另一方面则是给锻造工艺指出改进方向，从而保证锻件质量符合锻件技术标准的要求，并满足设计、加工、使用上的要求。 锻件质量的检验包括外观质量及内部质量的检验。外观质量检验主要指锻件的几何尺寸、形状、无损检测资源网表面状况等项目的检验；内部质量的检验则主要是指锻件化学成分、宏观组织、显微组织及力学性能等各项目的检验。 具体说来，锻件的外观质量检验也就是检查锻件的形状、几何尺寸是否符合图样的规定，锻件的表面是否有缺陷，是什么性质的缺陷，它们的形态特征是什么。表面状态的检验内容一般是检查锻件表面是否有表面裂纹、折叠、折皱、压坑、桔皮、起泡、斑疤、腐蚀坑、碰伤、外来物、未充满、凹坑、缺肉、划痕等缺陷。而内部质量的检验就是检查锻件本身的内在质量，是外观质量检查无法发现的质量状况，它既包含检查锻件的内部缺陷，也包含检查锻件的力学性能，而对重要件、关键件或大型锻件还应进行化学成分分析。对于内部缺陷我们将通过低倍检查、断口检查、高倍检查的方法来检验锻件是否存在诸如内裂、缩孔、疏松、粗晶、白点、树枝状结晶、流线不符合外形、流线紊乱、穿流、粗晶环、氧化膜、分层、过热、过烧组织等缺陷。 对于力学性能主要是检查常温抗拉强度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度、高温瞬时断裂强度、高温持久强度、持久塑性及高温蠕变强度等。 由于锻件制成零件后，在使用过程中其受力情况、重要程度、工作条件不同，其所用材料和冶金工艺也不同，因此不同的部位依据上述情况并按照本部门的要求将锻件分出类别，不同的部门，不同的标准对锻件的分类也是不同的。但不管怎么，对于锻件质量检验的整体来说都离不开两大类检验，即外观质量和内部质量的检验，只不过锻件的类别不同，其具体的检验项目、检验数量和检验要求不同罢了。例如，有的工业部门将结构钢、不锈钢、耐热钢锻件分成Ⅳ类进行检验，有的部门将铝合金锻件与模锻件按其使用情况分成Ⅲ类进行检验，还有的部门将铝合金、铜合金锻件分成Ⅳ类进行检验。下表是结构钢、不锈钢、耐热钢锻件分成Ⅳ类的检验要求。 见表2-1。 表2-1 结构钢、不锈钢及耐热钢锻件质量检验要求 总之，锻件质量检验的内容涉及的范围很广，项目也很多，在实际工作中应根据设计对产品的要求及技术材料所要求的项目进行锻件质量的检验。 三、锻件质量检验的方法 锻件质量的检验分为外观质量的检验和内部质量的检验。外观质量的检验一般来讲是属于非破坏性的检验，通常用肉眼或低倍放大镜进行检查，必要时也采用无损探伤的方法。而内部质量的检验，由于其检查内容的要求，有些必须采用破坏性检验，也就是通常所讲的解剖试验，如低倍检验、断口检验、高倍组织检验、化学成分分析和力学性能测试等，有些则也可以采用无损检测的方法，而为了更准确地评价锻件质量，应将破坏性试验方法与无损检测方法互相结合起来进行使用。而为了从深层次上分析锻件质量问题，进行机理性的研究工作还要籍助于透射型或扫描型的电子显微镜、电子探针等。 通常锻件内部质量的检验方法可归结为：宏观组织检验法、微观组织检验法、力学性能检验、化学成分分析法及无损检测法。 宏观组织检验就是采用目视或者低倍放大镜（一般倍数在 30×以下）来观察分析锻的低倍组织特征的一种检验。对于锻件的宏观组织检验常用的方法有低倍腐蚀法（包括热蚀法、冷蚀法及电解腐蚀法）、断口试验法和硫印法。 低倍腐蚀法用以检查结构钢、不锈钢、高温合金、铝及铝合金、镁及镁合金、铜合金、钛合金等材料锻件的裂纹、折叠、缩孔、气孔偏析、白点、疏松、非金属夹杂、偏析集聚、流线的分布形式、晶粒大小及分布等。只不过对于不同的材料显现低倍组织时采用的浸蚀剂和浸蚀的规范不同。 断口试验法用以检查结构钢、不锈钢（奥氏体型除外）的白点、层状、内裂等缺陷、检查弹簧钢锻件的石墨碳及上述各钢种的过热、过烧等，对于铝、镁、铜等合金用来检查其晶粒是否细致均匀，是否有氧化膜、氧化物夹杂等缺陷。 而硫印法主要应用于某些结构钢的大型锻件，用以检查其硫的分布是否均匀及硫含量的多少。 除结构钢、不锈钢锻件用于低倍检查的试片不进行最终热处理外，其余材料的锻件一般都经过最终热处理后才进行低倍检验。 断口试样一般都进行规定的热处理。 微观组织检验法则是利用光学显微镜来检查各种材料牌号锻件的显微组织。检查的项目一般有本质晶粒度，或者是在规定温度下的晶粒度，即实际晶粒度，非金属夹杂物，显微组织如脱碳层、共晶碳化物不均匀度，过热、过烧组织及其它要求的显微组织等。 力学性能和工艺性能的检验则是对已经过规定的最终热处理的锻件和试片加工成规定试样后利用拉力试验机、冲击试验机、持久试验机、疲劳试验机、硬度计等仪器来进行力学性能及工艺性能数值的测定。 化学成分的测试一般是采用化学分析法或光谱分析法对锻件的成分进行分析测试，随着科学技术的发展，无论是化学分析还是光谱分析其分析的手段都有了进步。对于光谱分析法而言，现在已不单纯采用看谱法和摄谱法来进行成分分析，新出现的光电光谱仪不仅分析速度快，而且准确性也大大地提高了，而等离子光电光谱仪的出现更大大地提高了分析精度，其分析精度可达 10－6级，这对于分析高温合金锻件中的微量有害杂质如 Pb、As、Sn、Sb、Bi等是非常行之有效的方法。 以上所说的方法，无论是宏观组织检验法，还是微观组织检验法或性能及成分测定法，均属于破坏性的试验方法，对于某些重要的、大型的锻件破坏性的方法已不能完全适应质量检验的要求，这一方面是因为太不经济，另一方面主要是为了避免破坏性检查的片面性。无损检测技术的发展为锻件质量检验提供了更先进更完善的手段。 对于锻件的质量检验所采用的无损检测方法一般有：磁粉检验法、渗透检验法、涡流检验法、超声波检验法等。 磁粉检验法广泛地用于检查铁磁性金属或合金锻件的表面或近表面的缺陷，如裂纹、发纹、白点、非金属夹杂、分层、折叠、碳化物或铁素体带等。 该方法仅适用于铁磁性材料锻件的检验，对于奥氏体钢制成的锻件不适于采用该方法。 渗透检验法除能检查磁性材料锻件外，还能检查非铁磁性材料锻件的表面缺陷，如裂 纹、疏松、折叠等，一般只用于检查非铁磁性材料锻件的表面缺陷，不能发现隐在表面以下的缺陷。 涡流检验法用以检查导电材料的表面或近表面的缺陷。 超声波检验法用以检查锻件内部缺陷如缩孔、白点、心部裂纹、夹渣等，该方法虽然操作方便、快且经济，但对缺陷的性质难以准确地进行判定。 随着无损检测技术的发展，现在又出现了诸如声振法，声发射法、激光全息照相法、 CT法等新的无损检测方法，这些新方法的出现及在锻件检验中的应用，必将使锻件质量检验的水平得以大大地提高。 值得提出的是锻件质量检验结果的准确性，虽然有赖于正确的试验方法和测试技术，但也有赖于正确的分析和判断。只有正确的试验方法，而没有准确的分析判断，也不会得出恰当的结论。因此，锻件质量的分析实际上是各种测试方法的综合应用及各个测试结果的综合分析，对于大型复杂的锻件所出现问题不能单纯地依赖于某一种方法，从这一点上可以说各种试验方法在分析过程中是相辅相成的，各种试验方法的有机配合，并对各自试验结果进行综合分析，才能得出正确的结论。同时就锻件质量分析的目的而言，除了正确的检验外，还应进行必要的工艺试验从而找出产生质量问题的真正原因并提出圆满的改进措施及防止对策。 当然，在实际工作中究竟选用那些检测方法，运用何种检测手段应根据锻件的类别和规定的检测项目来进行。在选择试验方法和测试手段时，既要考虑到先进性，又要考虑到实用性、经济性，不能单纯地追求先进性，能用一种手段解决问题就不要用二种或更多种，测试手段的选择应准确地判定缺陷的性质和确切找出缺陷产生的原因为出发点，有时测试手段选择得过于先进反而会导致不必要的后果以致造成不应有的损失。 还应指出，对于检验而言，无论那种检验或试验都有应规定的标准试验方法，我们必须依据规定的试验方法进行试验或检验，下表给出了部分试验方法标准。见表3-1。 表3-1 部分试验方法标准 |
