首页 理论教育 钢材中的常见冶金缺陷及无损检测方法

钢材中的常见冶金缺陷及无损检测方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:残余缩孔经锻轧等变形,表面变得较为平整,且具有一定的方向性,其声压反射特性接近于裂纹。缩孔、残余缩孔的超声波形特征是:①缺陷波呈束状、波底宽大。开口于表面的白点可用磁粉法或液体渗透法检测。

钢材中的常见冶金缺陷及无损检测方法

1.缩孔及缩孔残余

缩孔的形态随其出现在制件部位的不同而异。当其产生在窄长件中心轴线处时,往往是沿轴线方向渐渐或连续的孔洞。铸锭中的缩孔通常是冒口端盆腔式空洞,有的则表现为纵向有一定长度的管形孔腔,有人也称之为缩管。

缩孔的内壁凹凸不平,有着发达的树枝状晶。缩孔的这一特征使入射声波在此处的散射增多,其反射声压比相同直径平底孔的反射声压要小得多。

残余缩孔经锻轧等变形,表面变得较为平整,且具有一定的方向性,其声压反射特性接近于裂纹。当锻轧比较大时,两者已难于区分。

缩孔、残余缩孔的超声波形特征是:①缺陷波呈束状、波底宽大。这主要是由于缩孔内壁凹凸不平,虽然声波在界面上散射严重,但反射体仍然能形成较强的反射信号,主波1~2个。又因缩孔周围常伴有夹杂、夹杂物,而不同波阵面反射回波的到达时间不同,在主波附近可形成许多小伤波,同时形成波峰分枝的特征;②缺陷对底波幅度及底波反射次数影响严重。由于缩孔表面大量的树枝状晶和表面不平,造成大量入射声波被反射,这是引起底波衰减的因素之一;另一因素是缩孔及残余缩孔的空隙中一般存在气体,使声的透过率几乎为零,又加上缩孔或残余缩孔大都位于轴心附近,这就使声束难以射到底面,因而对底波影响较大。

2.疏松

中心疏松仅存在于缩孔下面,钢锭的头部和中部,是由于钢锭中心部位收缩和气体析出聚集产生的。在横向的酸浸试样上,钢锭的中心部位呈集中分布小黑点。一般疏松是在钢锭凝固时,先结晶的枝晶间未能得到足够的填充钢液;即使有的部分得到了钢液的填充,由于这些部分结晶较晚,故也聚集了较多的夹杂、气体,所以也要形成细小的孔洞。一般疏松的特征是在整个横断面的酸蚀试样上呈现分散的海绵状的小黑点。

疏松的超声波检测常用多次脉冲反射法。当试件内存在疏松时,会造成入射声波散射、底波反射次数减少。当存在严重疏松时,则底波很少甚至消失,只有杂乱的回波。所以,根据底波变化的情况可以判断疏松的有无和严重程度。中心疏松的检测与一般疏松基本相同,只是在提高灵敏度后的草状波都集中在中心部附近。

3.偏析

钢锭中先后结晶部分的化学成分及夹杂物的不均匀现象统称为偏析。偏析在锭模浇注时,呈方形和点状,但在轧制时要产生变形。方形的要呈“X”形或其他复杂形状,点状的要被沿轧制方向拉长。在连铸坯中,偏析主要分布中心部位,呈线状、点状和V形。

偏析的声学反射特性差,超声波检测需用的灵敏度要比夹杂物、白点高得多。

4.气泡

1)侵入气泡:在浇注过程中,钢液和铸型之间的热作用或型腔中的原有空气侵入钢液内部所产生的气泡。

2)析出气泡:溶解于金属液体中的气体在冷却和凝固过程中,由于溶解度的降低而析出形成析出气孔,多为分散小圆孔,常在锭表面上大面积均匀分布

3)反应气泡:液态金属某些成分之间或金属与型壁之间发生反应,产生气体所引起的气孔。它多位于锭的皮下,形成皮下气泡。(www.xing528.com)

气泡与基体的声特性阻抗差值最大,用超声波法是容易检出的。

5.夹杂

在炼钢时,由于物理化学反应而产生的非金属反应物残存在钢锭中而形成夹杂,剥落的炉衬或耐火材料掉进钢液未能浮出而在钢锭中形成夹渣;残留在锭内的外来金属则称为异金属夹渣。在酸浸试杆上,它们的颜色都与基体金属有明显差异。他们的分布规律及形状都较复杂,在轧后被复形,呈链状或条状。

翻皮是在浇铸钢液时,锭内上部先凝固的钢薄层被卷入钢中所致。严格地说,它是异夹渣的一种,在横向酸蚀试样上,一般呈现颜色与基体金属不同而形状不规则的狭长条带。

分散性夹杂物超声波检测时,虽然反射波数量多,但较之白点,对底反射次数影响不大。夹杂物检测显示为一系列高低不等、疏密不均的缺陷波,波峰分枝、波头圆钝、不清晰,这与白点的波形是不相同的。

6.裂纹

裂纹是材料内部应力过高或过于集中而导致的组织撕裂缺陷,它的表面形态均呈撕裂状断口。“犬齿交错”的表面特征是构成裂纹不同于其他类型缺陷的重要特征。声波在裂纹缝隙处大量散射及吸收,使反射率大大低于光滑平整表面。为使裂纹不被漏检,应将以人工平底孔(如ϕ2mm)校准的灵敏度至少提高20dB。

裂纹波的出现对底波幅度和底波反射次数的影响比较显著。原因在于裂纹的缝隙为真空状态或由析出的某种气体所填充,因此声的透过率几乎为零;同时,裂纹附近的细小发裂也能使声吸收增大,造成底反射幅度的锐减。

7.白点

白点是钢液或钢材在冷却中析出氢气产生巨大的应力而使钢基体撕裂所致。它在横向酸蚀试样上呈细短的丝状裂纹,而在纵向断口上呈银白色斑点。白点大都在钢材内部出现。

开口于表面的白点可用磁粉法或液体渗透法检测。

白点的超声波法检测:白点裂纹呈锯齿状,这些凹凸不平的夹角必然会造成声波的散射,进而降低反射幅度。通常,白点的回波高度要比相同大小的平底孔回波高度低得多,因此,检测时必须采用较高的灵敏度。白点是以脆性断裂形式出现的群集裂纹,故而对底反射的高度和次数有明显影响,但对于轴内纯径向分布的白点,在超声波作圆周径向入射时,以其开裂面与入射声束平行,对底反射高度和次数影响不明显。白点是群集性的缺陷,彼此独立,因此,波形有彼此独立、分布均匀、波峰尖锐、边缘清晰的特征;对于斜射声束很敏感,稍微转动入射看,反射波可迅速切换。

8.树枝状组织与粗晶

奥氏体钢有一带各向异性的树枝状组织,有凝固过程产生的粗晶,这往往会引起超声波的衰减和产生相关的组织噪声。为获得较好的信噪比,需具有以下较好的条件:①利用聚焦声束;②利用宽带超声波探头;③采用较短的脉冲;④利用相对于枝晶成45°角的微波;⑤利用信号处理技术,以改善接收器的输出。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈