泵头体锻件缺陷分析_赵学谦.pdf
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1、 年 月第 期大型铸锻件 泵头体锻件缺陷分析赵学谦 王明飞 陈远博 牛铭越 刘祥瑞(中信重工机械股份有限公司计量检测中心,河南 洛阳)摘要:泵头体锻件在无损检测时,发现密集型超标缺陷,通过低倍检验、扫描电镜分析、金相分析方法,确定了缺陷性质为夹杂物。通过生产过程的对比分析,发现炼钢过程中脱氧不充分是导致此缺陷的主要原因。关键词:泵头体;锻件;缺陷分析;夹杂物;脱氧 中图分类号:文献标志码:,:,:;收稿日期:作者简介:赵学谦(),男,工程师,从事金相分析、力学试验及失效分析工作。泵头体锻件为生产某压力容器管道泵的关键部件,材质为,其生产过程为冶炼锻造分割粗加工热处理精加工。该批锻件在粗车后进行
2、超声检测时,发现存在超标缺陷,按标准要求评定不合格。为确定其缺陷产生原因,避免再次发生此类质量事故,故开展此次锻件缺陷原因分析。选取缺陷较为严重的锻件进行分析,该锻件缺陷为分布于锻件端部的密集型缺陷,缺陷面积为 ,缺陷当量 。经超声波定位,在缺陷最严重的部位取低倍试片。泵头体锻件及试片形貌见图。图 泵头体锻件切取的缺陷部位试片 理化分析 低倍试验 将所取的低倍试片,在磨制后进行热酸蚀试验,酸洗后放置一定时间进行观察,发现在试片的边缘位置,即图 中方框所示位置,有相互平行的线型缺陷,尺寸基本在 之间。其中部分缺陷形态细长,类似发纹形态,部分缺陷具有一定宽度,颜色较基体颜色偏深,类似偏析形态,所有
3、缺陷处均没有明显的反酸现象,可以初步推断排除裂纹类缺陷的可能,具体形貌见图,除上述缺陷外,未发现其他低倍缺陷。图 缺陷低倍形貌 金相分析 在缺陷最严重部位取样,磨制并抛光后,在光学显微镜下进行观察,在试样上发现存在非金属夹杂物,见图。夹杂物均匀分布于整个试样上,具有一定的方向性,形态主要为相互平行的具有一定宽度的深灰色条状,其中夹杂着一些棱角分明、形态比较小的颗粒,同时也存在一些以颗粒状排列的链条状形态分布的夹杂物。在较高的放大倍数下,除部分夹杂物在试样磨制过程中脱落,夹DOI:10.14147/ki.51-1396/tg.2023.03.013赵学谦:泵头体锻件缺陷分析 年第 期杂物边界与基
4、体连接紧密,根据夹杂物的形态和颜色判断应为氧化物和硅酸盐类夹杂物,其中最大尺寸约 。图 夹杂物形貌 试样经 硝酸乙醇溶液浸蚀后观察,夹杂物的分布与组织没有相关性。试样的金相组织为板条马氏体组织,未有异常现象,见图。图 金相组织 电镜及能谱分析 电镜下的夹杂物形貌见图,在二次电子成像形貌下,夹杂物形貌较显微镜下形貌更为直观立体,颗粒形貌清晰。在背散射电子成像形貌中,因其成分元素差异,可以清晰看出不同成分的夹杂物的形态。对棱角清晰的颗粒及夹杂物基底两处进行能谱分析,结果显示该处夹杂物的成分主要含有、,以及少量的、等元素,可以判断该夹杂物应为氧化铝及硅酸盐类夹杂物。综合分析与讨论 通过以上检验结果可
5、知,该锻件缺陷性质为钢中非金属夹杂,夹杂物类型主要为氧化铝及硅酸盐类夹杂物。以下就夹杂物的来源及缺陷原因进行分析。夹杂物来源分析 钢中的夹杂物根据来源可分为内生和外来两种。内生夹杂物是指钢在冶炼和凝固过程中,因内部发生的一系列化学反应而产生的第二相,尺寸一般为微米、毫米级。外来夹杂物是指炼钢过程中,混入其中的各种炉渣、耐火材料,或是这些混入物相互之间与钢液之间化学反应的产物,尺寸都在毫米级以上,大多数情况下,肉眼可见。图 电镜形貌及能谱分析 夹杂物从形态角度上分析,锻件中的内生夹杂物在经锻压变形以后,脆性夹杂物易受压力而破碎成更小的颗粒,呈链状沿变形方向分布,塑性良好的夹杂物会沿变形方向延伸,
6、呈条状分布。而外来夹杂物一般形状极不规则,多呈棱角成堆集状,分布位置零散,具有偶然性。从上述宏观及金相检验可知,该夹杂物表现为互相平行且具有一定方向性的条状形态,据此判断,该夹杂物形貌符合内生夹杂物形貌特征。根据生产调查,冶炼炉各部位炉衬材料主要为镁质砖、铝镁质砖、镁钙质砖等,炉渣化学成分中一般以、元素为主。根据上述能谱结果可知,该夹杂物的主要成分以 和 为主,因此可排除外来夹杂物的可能。通过以上夹杂物的来源分析可知,虽然该泵头体锻件中夹杂物尺寸较大,但是其形态及分布 年第 期大型铸锻件符合内生夹杂物的形态和特征。夹杂物缺陷产生原因分析 夹杂物之所以在锻件上呈现出来,是因为在钢锭冶炼及凝固过程
7、中,钢中产生的夹杂物没有完全的上浮和沉积所导致。根据实际生产统计分析,同时期共生产四支钢锭,其规格重量、生产工艺参数等均一致。两支钢锭锻造分割后,在锻件上出现夹杂物缺陷,另外两支钢锭生产的锻件均合格、无缺陷。通过对四支钢锭生产工艺参数及过程控制进行对比分析,重点分析其冶炼过程中,脱氧剂的加入数量、加入时机以及浇注温度等主要影响夹杂物形成与运动的因素。夹杂物生成条件分析 在冶炼过程中,钢水中需要加入大量的还原剂来脱除钢中的氧,使得钢中氧含量满足标准要求。除在此过程中产生氧化物外,若钢水中的氧含量过高,在钢液的冷却结晶过程中,也会与钢中的合金元素反应生产新的氧化物。通过对比四支钢锭的脱氧剂使用情况
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