柴油機液壓頂柱用20Cr鋼表面聚磁原因分析

段丙謙，郭紅英，張文清

西寧特殊鋼集團有限責任公司，青海西寧 810005

0 引言

某鋼鐵公司為柴油機廠生產(chǎn)柴油機液壓頂柱用20Cr鋼，在用戶加工零件后表面磨光進行磁粉探傷發(fā)現(xiàn)，零件表面出現(xiàn)成簇的聚磁線，經(jīng)進一步檢驗分析認定，此聚磁線是零件表面存在長度有限的縱向發(fā)紋缺陷造成的，最長35mm，最短4mm。對此缺陷形成的原因進行了分析。

1 檢驗分析

1.1 發(fā)紋的宏觀檢驗

成品零件呈中空圓柱狀，外表面經(jīng)過磨削拋光后具有很高的光潔度，直徑Φ34mm，表面沒有肉眼明顯可見的裂紋，經(jīng)過磁粉探傷后顯現(xiàn)出數(shù)條平行于軸線的具有一定長度的聚磁線段。

將此零件表面進行酸浸腐蝕后，顯現(xiàn)出肉眼明顯可見的發(fā)紋。

將原材料20Cr鋼棒（規(guī)格Φ35mm）進行塔形檢驗，1～5各臺階直徑分別為Φ30mm、Φ26mm、Φ22mm、Φ18mm和Φ14mm。在第2個臺階上肉眼可見數(shù)條平行于軸線的發(fā)紋。

1.2 發(fā)紋的顯微分析

截取部分零件表面進行拋光處理，發(fā)紋顯現(xiàn)明顯。對其進行顯微觀察，其縱向形貌為粗細基本均勻的溝槽，寬度80～120μm。

使用線切割機進行橫向切割，對其環(huán)狀橫截面進行拋光處理后觀察裂紋橫向形貌，裂紋底部表現(xiàn)為光滑的圓弧形態(tài)，沒有向縱深擴展的趨勢。

1.3 非金屬夾雜物檢驗

對零件進行非金屬夾雜物檢驗，發(fā)現(xiàn)零件橫向發(fā)紋附近分布著較多的塑性夾雜物。對零件缺陷部位橫軸向打磨2mm后沿軸向研磨拋光，夾雜物檢驗結果見表1。

表1 夾雜物檢驗結果單位：（級）

1.4 掃描電鏡檢驗

對照片9、照片10、照片11中的塑性夾雜物進行掃描電鏡檢驗，夾雜物微區(qū)成分主要是Ca、Al、Si的氧化物，見表2。分析其組分構成并經(jīng)過計算，發(fā)現(xiàn)此夾雜物是硅酸鋁、硅酸鈣等塑性夾雜物。

表2 掃描電鏡下的微區(qū)成分單位：（%）

2 討論

掃描電鏡下元素按一定比例分布，由此計算出的硅酸鹽類夾雜物是硅酸鋁鈣，也即是硅酸鋁和硅酸鈣以一定比例”混合”起來的復合硅酸鹽夾雜物，還有一定數(shù)量的氧化物。

計算過程：此電子探針成分為元素的質(zhì)量百分數(shù)，通過元素的原子量計算出元素的原子個數(shù)近似值，如表3。

表3 掃描電鏡下的微區(qū)成分中元素的原子個數(shù)單位：（個）

譜圖1、2中有4個Si原子、1個Ca原子、2個Al原子、12個O原子組成了復合的硅酸鹽夾雜物：Al2（SiO3）3·CaSiO3，剩余的6個Ca原子、5個Al原子、15個O原子組成了復合的：5Al2O3·12CaO和少量的MgO、Na2O等氧化物夾雜物。

譜圖3中有5個Si原子、1個Ca原子、2個Al原子、2Na個原子、15個O原子組成了復合硅酸鹽夾雜物：Al2（SiO3）3·CaSiO3·(Na)2SiO3，的剩余的2個Ca原子、4個Al原子、2個Na原子、14個O原子組成了復合的：2Al2O3·2CaO·Na2O及少量的K2O和少量MgO等氧化物夾雜物。

在軋制過程中，鋼中的塑性硅酸鹽夾雜物和脆性氧化物發(fā)生變形并沿著軋制方向延伸成條狀，這種條狀夾雜物破壞了鋼材的連續(xù)性，降低了鋼材的力學性能，造成性能的各項異性，特別是是鋼材橫斷面塑性大幅下降。

3 結論

塑性的復合類硅酸鹽及少量氧化物等非金屬夾雜物，在軋制變形時沿軋制方向延展變形，導致鋼材基體形成發(fā)紋，當機械加工尺寸恰好使得這些非金屬夾雜物顯現(xiàn)于表面時，導致磁粉探傷聚磁現(xiàn)象。較大的塑性非金屬夾雜物還可造成鋼材材料表面出現(xiàn)明顯裂紋，產(chǎn)生廢品。

[1]徐泰富.基于油液分析的柴油機可靠性試驗中的磨損評價研究[D].武漢理工大學，2007.