軸承零件材料和顯微組織引起的磁粉檢測非相關(guān)顯示辨析

磁粉檢測是常用的無損檢測方法之一，由于不需要破壞工件，對工件結(jié)構(gòu)要求低，因此廣泛應(yīng)用于軸承零件的質(zhì)量檢測中。磁粉檢測非相關(guān)顯示是由漏磁場產(chǎn)生的，有時會誤判為相關(guān)顯示。一般情況下，經(jīng)驗豐富的無損檢測人員根據(jù)磁粉顯示特征、產(chǎn)生原因和鑒別方法，結(jié)合工件材料、形狀和加工工藝，必要時還要利用其他無損檢測方法和失效分析方法對非相關(guān)顯示進(jìn)行驗證。

本文通過介紹非相關(guān)顯示的形成原理和引起非相關(guān)顯示的常見類型，根據(jù)日常的失效分析工作經(jīng)驗，總結(jié)出了一套非相關(guān)顯示的分析驗證步驟，并舉例說明碳化物帶狀組織和殘余奧氏體氏體組織(顯微組織不均勻)引起的非相關(guān)顯示的辨析驗證方法。

非相關(guān)顯示形成原理根據(jù)磁感應(yīng)線的折射定律式中：α1為磁感應(yīng)線從第1種介質(zhì)到第2種介質(zhì)界面處與法線的夾角；α2為磁感應(yīng)線在第2種介質(zhì)中與法線的夾角；μ1為第1種介質(zhì)的磁導(dǎo)率：μ2為第2種介質(zhì)的磁導(dǎo)率。

在兩種磁介質(zhì)的分界面處磁場將發(fā)生改變，磁感應(yīng)線不再沿著原來的路徑行進(jìn)而是發(fā)生了折射，形成一種畸變磁場。折射的傾角與兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。在磁路中，如果出現(xiàn)兩種以上磁導(dǎo)率差異很大的介質(zhì)時，在兩者分界面上將產(chǎn)生畸變磁場，形成漏磁場。

引起非相關(guān)顯示的原因類型在磁粉檢測工序中，引起非相關(guān)顯示的原因很多，主要類型如下：①工件截面突變；②劃傷和刀痕；③磁化電流過大；④工件加工冷作硬化；⑤碳化物帶狀組織；⑥顯微組織不均勻；⑦觸頭法電極和磁軛法磁極附近；⑧磁跡。

在軸承零件的磁粉檢測過程中，軸承零件表面也會出現(xiàn)為數(shù)不少的非相關(guān)顯示，引起非相關(guān)顯示的常見類型主要為碳化物帶狀組織，其次為殘余奧氏體組織和磁化規(guī)范不當(dāng)。筆者統(tǒng)計了438份失效分析報告，分析結(jié)論關(guān)于非相關(guān)顯示的報告占比達(dá)到8％，其中由碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示位居首位，占比達(dá)到7.5％，由殘余奧氏體組織(顯微組織不均勻)和磁化不當(dāng)引起的非相關(guān)顯示占比分別為0.3％和0.2％。

這種非相關(guān)顯示容易與相關(guān)顯示混淆，不如假顯示那么容易識別。其中工件截面突變、劃傷和刀痕、磁化電流過大等引起的非相關(guān)顯示，檢驗人員依靠豐富經(jīng)驗，通過采用相應(yīng)的無損檢測方法比較容易判斷或消除；而碳化物帶狀組織和顯微組織不均勻引起的非相關(guān)顯示即使使用高倍放大鏡也發(fā)現(xiàn)不了任何缺陷，需要借助于失效分析方法進(jìn)行綜合驗證。

利用失效分析方法對非相關(guān)顯示的分析驗證步驟非相關(guān)顯示不是真正的宏觀缺陷，擦去磁粉顯示之后放大鏡下看不到缺陷位置，軸承零件在磁粉檢測過程中遇到典型顯示問題和批量顯示問題需要進(jìn)行失效分析，進(jìn)一步確認(rèn)原因。非相關(guān)顯示的分析驗證步驟有別于真正的缺陷成因分析步驟。非相關(guān)顯示的常見分析驗證步驟如下：①首先在產(chǎn)生磁粉顯示的部位做標(biāo)記，然后擦去顯示再次噴淋磁懸液，再一次確認(rèn)顯示位置；②在標(biāo)記位置處選取顯示較清晰的位置線切割試樣，確保顯示方向與線切割方向垂直；③待試樣切割完成后，經(jīng)砂輪或砂紙打磨，使線切割面呈金屬色；④再次噴淋磁懸液，在小試樣上重新確認(rèn)顯示位置；⑤在磁粉顯示處截面的對應(yīng)位置做標(biāo)記，且確保標(biāo)記不容易被清除；⑥拋光顯示處及其截面制成金相試樣，用4％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精浸蝕后將金相試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察，記錄觀察到的現(xiàn)象；⑦必要時借助其他精密分析儀器進(jìn)行微觀檢測；⑧然后根據(jù)顯示位置、形貌，以及觀察的現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析顯示的類別和性質(zhì)。

這些只是常見的分析驗證步驟，對于非相關(guān)顯示處在內(nèi)弧面的金相試樣，由于制樣的限制，一般情況下只觀察磁粉顯示截面。

案例分析1碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示顯示形貌在軸承套圈的磁粉檢測過程中，碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示可分布于套圈滾道面、內(nèi)外徑面、端面等部位。圖1是軸承外圈端面碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示形貌。由圖1可知，磁粉顯示較松散且長短不一。這種非相關(guān)顯示被擦去后，用高倍放大鏡觀察不到任何缺陷，因此按照上述步驟獲取金相試樣。

金相分析使用OLYMPUSGX51型光學(xué)顯微鏡觀察浸蝕后的金相試樣，可見外圈端面顯示部位有碳化物聚集，呈點狀和帶狀；觀察顯示截面，對應(yīng)端面顯示部位可見碳化物聚集成有一定寬度的帶狀組織，外圈端面顯示部位截面組織形貌如圖2所示。根據(jù)磁感應(yīng)線折射定律，在磁路中出現(xiàn)兩種以上磁導(dǎo)率差異很大的介質(zhì)時，在兩者分界面上將產(chǎn)生畸變磁場，形成漏磁場。高碳鋼和高碳合金鋼的鋼錠凝固時，所產(chǎn)生的樹枝狀偏析導(dǎo)致鋼的化學(xué)成分不均勻，在枝晶中間形成碳化物，在軋制過程中沿壓延方向被拉成帶狀，帶狀碳化物組織導(dǎo)致基體組織的不均勻性，在磁路中帶狀碳化物和基體的磁導(dǎo)率相差較大，在兩者交界面處產(chǎn)生畸變磁場，形成漏磁場，故而形成這種碳化物帶狀組織引起的非相關(guān)顯示。

需要說明的是，該非相關(guān)顯示在外圈端面分布，端面屬于平面，在金相試樣的制備過程中可以先對外圈端面進(jìn)行觀察分析，如能觀察到碳化物帶狀組織則基本能確定非相關(guān)顯示是由碳化物帶狀組織引起的。為了更進(jìn)一步確定顯示的類別和性質(zhì)，需對其截面繼續(xù)進(jìn)行觀察分析。2殘余奧氏體引起的非相關(guān)顯示顯示形貌磁粉檢測工序發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承外圈滾道面有磁粉聚集，磁粉顯示位于滾道面靠近外圈中徑位置，呈短線狀，與圓周方向略有一定角度，長短不一，最長約2mm，其形貌如圖3所示。為了避免軸承套圈的質(zhì)量問題，對在磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的帶狀顯示的套圈進(jìn)行檢測分析，確定顯示產(chǎn)生的原因。

檢測分析擦去顯示后在放大鏡下觀察，原顯示處未見明顯裂紋。按照常規(guī)分析步驟，選取較清晰顯示處制備金相試樣。該顯示位于外圈滾道面，滾道面屬于曲面，原顯示部位較難打磨拋光，可直接對顯示截面進(jìn)行觀察分析。用4％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液浸蝕后將金相試樣置于體式顯微鏡下觀察，顯示截面顯微組織形貌如圖4所示。由圖4中可知，顯示截面顯微組織中存在帶狀或片狀的白亮殘余奧氏體。觀察顯示截面處發(fā)現(xiàn)，原顯示處及其截面均有殘余奧氏體帶分布，且滾道殘余奧氏體帶分布方向與顯示方向一致，未觀察到原顯示處存在裂紋，未發(fā)現(xiàn)滾道顯示截面有脫貧碳現(xiàn)象。這說明在顯示存在的區(qū)域，該外圈淬火組織中存在大量塊狀殘余奧氏體，而無顯示的淬火區(qū)域中殘余奧氏體不明顯，從而說明顯示的產(chǎn)生與顯微組織中的殘余奧氏體存在必然聯(lián)系。資料顯示，不同的顯微組織磁導(dǎo)率不同，磁導(dǎo)率隨下列順序依次減?。鸿F素體、珠光體、回火馬氏體、未回火馬氏體，而殘余奧氏體是無磁相。奧氏體為面心立方晶格，是非鐵磁性物質(zhì)，而馬氏體是體心立方晶格，是鐵磁性物質(zhì)，而且具有硬磁性。因此在對套圈進(jìn)行磁化時，根據(jù)磁感應(yīng)線折射定律，磁力線在馬氏體與殘余奧氏體交界面處產(chǎn)生畸變，磁感應(yīng)線外漏，吸附磁粉，形成非相關(guān)顯示。結(jié)束語非相關(guān)顯示在磁