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锻模钢的超声波探伤

日期:2020-09-20 14:39
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摘要:
                                                                                          锻模钢的超声波探伤
在模锻生产中,模具是其中非常重要的一个环节,其工作条件之恶劣,承受应力之复杂,要求之苛刻,是众所周知的。尤其在航空锻件生产中,锻件材料往往是复杂的合金材料,抗变形强度大,因而对锻模的要求就更为严格。
为了提高模具寿命,人们往往重视锻模钢材料的选择、制模工艺、热处理制度的确定等等,而对采用超声波探伤手段剔除影响模具寿命的冶金缺陷等隐患重视不够。实际上,锻模钢中诸如白点、残余缩孔、气泡、夹杂物、翻皮、裂纹、严重疏松等冶金缺陷以及热加工过程中产生的折叠、粗晶等都直接影响模具的寿命,有些甚*在锻模加工或淬火时就引起破损,不但浪费了大量的制模工时和人力,而且常常影响生产计划的按期完成,尤其是形状复杂、加工周期长的模具表现得更为显著。
由于内部缺陷引起模具早期破损的例子很多,仅从我厂实践中举出几例:
(1)三吨模锻锤上一套5CrNiMo镶块模,仅锻造了48件铝锻件就破裂成两半,从断口上可明显见到萘状粗晶。
(2)西德进口的WNr2713棒材(Φ230mm)在锻制模块毛坯时破裂,检查结果为白点。见后面实例照片。
(3)三吨模锻锤上一套5CrNiMo整体模块加工完成后,在淬火时开裂,检查结果为内部缺陷引起。
实例很多,不逐一列举。总而言之,在锻模毛坯阶段先用超声波探伤来剔除的做法,是完全有必要的,上述各种冶金缺陷完全可以用超声波探伤手段来发现。
当锻模已加工出抬模孔、燕尾、止动扣,甚*型腔以后,再进行超声波探伤时,往往因形状的影响而产生变型波、迟到波等干扰,妨碍探伤时的缺陷判别。在毛坯阶段时,因为形状简单(一般为方块或圆饼等形状),大大简化了超声波探伤的操作,并且节省了机械加工的人力、物力。我厂就是在毛坯上直接进行超声纵波脉冲反射法毛面探伤,俗称黑皮探伤。
我厂的锻模钢材料主要是5CrNiMo、3Cr3Mo3VNb、4Cr5W2VSi以及一部分西德的WNr2713和日本的SKT4。模块的种类有13~150Kg的镶块模(本厂自行用电弧炉冶炼、制锭,经开坯锻造制成),整体模(外购毛坯,重量最大约达5吨),还有一部分为外购锻模钢棒材自行改锻成模块,均经超声波探伤合格后才投入制模工序。
我们使用Φ20mm,2.5MHz单直探头,30#~40#机油耦合,接触法。对于方形毛坯,进行X、Y、Z三个相邻侧面扫查(在必要时,如为了确证缺陷位置等,则再加上相对面的扫查);对于圆饼形毛坯,则以圆周360°和一个平面为扫查面;对于方形或矩形截面的长条钢坯则扫查相邻的两侧面;对于圆截面棒料则沿圆周面360°扫查。三吨锤以上用的大型整体模块毛坯则一般选垂直于金属流线方向的一个大平面为扫查面。上述的探测方向已基本上能保证发现一般常见的冶金缺陷。
在进行超声波探伤前,应清理毛坯表面,除去松动的氧化皮、砂土等污物。毛坯一般是在锻后退火状态下探伤,但对于某些钢种,例如3Cr3Mo3VNb,由于其退火后氧化皮很厚,较难**,我们也在锻后冷却下来未退火前,只要热处理周期允许的情况下进行探伤(我们发现这样的探伤结果与退火后探伤没有多大差异)。另外,锻模毛坯的表面应当平整,不应有太多的凹凸不平,否则不利于探伤时的声耦合传递,妨碍探伤的正常进行。
由于采用平底孔试块调整仪器灵敏度及评定缺陷大小时,除了平底孔的加工困难以外,所用的试块要求与被检材料同牌号、同规格、同形状与同状态(包括热加工状态和表面状态),并且要制备多种声程、孔径等等,使得试块的制备有许多困难,实际使用起来也极不方便。我们目前均使用汕头产的CTS-8A型便携式晶体管超声波探伤仪,利用该机附带的AVG曲线面板直接在被检模块上调整起始灵敏度和对缺陷作当量评定,操作简便、效果良好。
关于锻模钢超声波探伤的验收标准,我厂的做法是:
(1)3Cr3Mo3VNb锻模钢的超声波探伤已制定了航空工业部标准(HB/Z5141-80),判废标准为Φ3.2mm直径平底孔当量。
(2)4Cr5W2VSi和5CrNiMo镶块模的超声波探伤验收标准与3Cr3Mo3VNb相同,此外,我们还要求对模块在退火状态下检查粗晶和严重疏松,利用的是底波衰减分贝法。关于这方面的详细介绍可参阅《无损检测》杂志1980年第四期上发表的“用超声衰减法检查锻模钢粗晶”。
(3)对于三吨模锻锤以下的整体模块,主要以JB2674-80为基础,控制在100cm2面积内Φ2~Φ4mm直径平底孔当量的缺陷不超过三个,其中Φ3~Φ4mm的缺陷只允许有一个。对于三吨~十吨模锻锤的整体模块,则控制在100cm2面积内Φ3~Φ6mm缺陷不超过四个,其中Φ6mm缺陷只允许有一个。
此外,当探伤人员有足够的把握确认存在白点、裂纹、缩孔等缺陷时,该模块判废。外购的锻模钢棒材、方钢坯等也按Φ3.2mm直径平底孔当量为判废标准。

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