分享：GCr15轴承钢叶片环热处理后磁粉探伤异常的原因

摘 要:GCr15轴承钢叶片环经热处理后,进行磁粉探伤检查,发现其侧面沿轴向发生磁粉聚集 现象,擦拭磁粉后表面恢复平整。采用化学成分分析、宏观观察、金相检验及能谱分析等方法,分析 了该叶片环外表面发生磁粉聚集的原因。结果表明:该叶片环采用多只叠加及夹具紧固的方式进 行淬火处理,淬火介质易残留在叶片环之间的间隙中且较难清洗,淬火介质中的氯离子诱发腐蚀, 进而在距离叶片环外表面8.9μm 处形成点蚀坑,点蚀造成磁粉聚集现象。

 关键词:GCr15轴承钢;叶片环;点蚀 

中图分类号:TG115                               文献标志码:A                           文章编号:1001-4012(2022)01-0062-02 

GCr15轴承钢是一种合金含量少、具有良好性 能、应用最广泛的高碳铬轴承钢,经过淬火+回火处 理后具有高硬度、良好耐磨性等优点,广泛用于轴承 内外圈、滚动体、轴套、冲模等对耐磨蚀性能要求高 的结构件,以及制作承受大负荷的小截面零件(经调 质处理)和应力较小的大型零件(经正火处理)。 

盐浴炉加热速度快,温度均匀,工件始终处于盐 液内加热,出炉时其表面会附着一层盐膜。对于加 热温度和表面质量要求较高的工件,常采用盐浴炉 加热。常用的中性盐浴加热用盐主要包括氯盐、碳 酸盐和硝酸盐三大类。氯盐常用的有氯化钠、氯化 钾,主要用于中温加热,氯化钡主要用于高温加热。 碳酸盐常用的有碳酸钠、碳酸钙等。硝酸盐主要用 于低温加热,也可用作淬火介质。

某公司生产的 GCr15轴承钢叶片环属于承受 负荷较大的小截面零件,其尺寸见图1。该零件为 环形,在热处理过程中极易变形,采用夹具紧固、盐 浴淬火的方式进行淬火处理后,平面度由50μm 降 到10μm 以下,圆度由40μm 降到20μm 以下。但 是,在后续磁粉探伤过程中,该叶片环外表面沿轴向 发生磁粉聚集现象。笔者通过化学成分分析、宏观 观察、显微组织观察和能谱分析等方法,分析了该叶片环外表面发生磁粉聚集的原因。 

1 理化检验 

1.1 化学成分分析 

采用 ARL4460型直读光谱仪检测该叶片环的 化学成分。由表1可见,其化学成分符合标准 GB/ T18254-2016《高碳铬轴承钢》中对 GCr15轴承钢 的技术要求。

1.2 宏观观察 

采用蔡司Stemi2000-C型体视显微镜,观察该 叶片环侧面磁粉聚集处的宏观形貌。由图2可见, 该叶片环侧面沿轴向可见线条状磁粉聚集现象,将 其擦拭后,外表面无肉眼可见的磁粉聚集现象,推测 该缺陷位于零件产品内部。

1.3 金相检验 

在该叶片环磁粉聚集处截取剖面试样,经镶嵌、 磨抛后,用4%(体积分数)硝酸酒精浸蚀,采用蔡司 Axioobserver.A1m 型光学显微镜进行观察。由图 3可见,在距该叶片环侧面8.9μm 深度处存在黑色 点状缺陷,缺陷长度约为146μm。

1.4 能谱分析 

采用 EM-30AX 型能谱仪(EDS),对该叶片环 黑色点状缺陷处和基体处进行元素分析。由图4可 见,基体处未检测到氯元素,黑色点状缺陷处存在氯 元素。 

2 分析与讨论 

由化学成分分析结果可知,该叶片环的化学成分 符合 GB/T18254-2016标准对 GCr15钢的技术要 求。通过宏观观察和金相检验结果可知,在距叶片环 侧面8.9μm 深度处有黑色点状缺陷,缺陷长度约为 146μm。通过能谱分析结果可知,基体处未检测到氯 元素,而缺陷处存在氯元素,推测该缺陷为腐蚀坑。 该叶片环其余位置未发生腐蚀或发生轻微腐蚀。 氯离子是一种强腐蚀性离子,被称为点蚀的“激 发剂”。氯离子半径小、穿透能力强,常从钝化膜破 损处渗入,与金属离子发生反应,形成强酸溶解钝化 膜,从而强烈地吸附在金属表面[1]。

在热处理过程中,工件变形是一种不可避免的 现象。淬火时,高温工件放入冷却剂中会产生收缩。 工件截面各部分的冷却是有先后的,工件表面先冷 却、先发生收缩,工件中心后冷却、后发生收缩,工件 表面收缩就必然受到中心部分的牵制。

薄壁环状工件一般需要采用专用夹具紧固,并 沿轴向垂直浸入淬火冷却剂,以减轻或防止工件产 生翘曲变形[2]。该批叶片环采用夹具紧固的方式进 行淬火处理,淬火介质易残留在叶片环之间的间隙 中且较难清洗,淬火介质中残留的氯离子在该处诱 发腐蚀,进而形成点蚀坑。

3 结论及建议 

(1)该叶片环采用多只叠加及夹具紧固的方式进行淬火处理,淬火介质易残留在叶片环之间的间 隙中且较难清洗,淬火介质中残留在该处的氯离子 诱发腐蚀,进而形成点蚀坑,造成磁粉聚集现象。 

(2)建议先拆除夹具,再清除叶片环之间的淬 火液残留物。 

参考文献: 

[1] 管明荣.Cl - 离子对孔蚀的作用机理[J].青岛理工大 学学报,1997(3):95-98. 

[2] 杨良会,吴永安,谢撰业,等.预防薄壁环锻件热处理 变形模具设计[J].模具工业,2017,43(3):60-62.

<文章来源 > 材料与测试网> 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 1期 (pp:62-63)>