围观这根直径1米大家伙的超声检测

齿轮轴的超声检测

空·齿轮轴外观对该齿轮轴进行超声检测时，发现在完好部位出现多次底面回波，且无缺陷波显示。无缺陷部位底波显示在有缺陷部位，即齿轮轴的中心部位，出现了明显的缺陷回波，并伴随着底波完全消失。缺陷部位的波形显示超声波检测时发现缺陷的基本情况如下图所示：图中所示A段缺陷的最大当量为ϕ7.5mm，一般在当量ϕ2~5mm之间，缺陷位于轴的中心ϕ100mm左右，缺陷对底波的影响最严重处，底波降低量大于26dB。缺陷分布位置示意超声检测发现的缺陷已经超出了相关质量验收标准的要求，但对于缺陷性质的判定以及产生原因还需要进一步分析。制造此齿轮轴的前期工艺流程为：浇铸钢锭→锻造→粗加工→超声波检测→调质热处理→半精加工→超声波检测→发现问题。可能产生缺陷的阶段有：浇铸钢锭、锻造和调质热处理阶段，但是在粗加工后的超声检测阶段没有发现问题。因此，产生缺陷的阶段就有可能是调质热处理。如果对粗加工后的超声检测结果产生怀疑，那么缺陷产生阶段将扩大到粗加工前。对缺陷分析更直接和有效的方法是将缺陷解剖并进行金相分析。考虑到齿轮轴的尺寸和缺陷分布的特点，采用直径约为200mm的试棒，并对试棒进行解剖。试棒外观及其超声检测波形将试棒沿垂直于轴向方向锯开，可以看到如下图(a)所示的开口性缺陷。对缺陷进行超声检测，得到如下图(b)所示的波形。从直观上看缺陷可能是缩管或裂纹，还需要进一步取样进行金相分析。解剖后缺陷外观及缺陷波形

试样的金相检验

空·在缺陷处切取试样，沿下图标识的直线开槽压断口。试样裂口外观及其放大照片试样断口外观及其放大照片可见，压断部位断口正常，没有发现白点、夹杂、裂纹等缺陷，在孔洞附近未发现夹杂物和氧化皮等异物，断口表面粗糙不平。将试样磨制、抛光后，在金相显微镜下观察夹杂物，按标准GB/T10561《钢中非金属夹杂物含量的测定》对其评级，试样的缺陷部位与正常部位的夹杂物均不超标；把试样浸蚀后，在显微镜下观察，其组织为珠光体+铁素体+索氏体。在裂纹处取试样，置于电镜下观察，内部裂纹表面较粗糙，高倍下观察其全部为韧窝状断口，没有光滑自由表面。裂口处韧窝形貌粗糙的内裂断口形貌在室温下，压断断口表面较平坦，主要为解理、准解理断口，少量韧窝断口。室温下的压断断口形貌解理断口形貌金相检验结果分析1齿轮轴心部位缺陷位置表面粗糙不平，且无氧化，并在电镜下观察发现断口全部为韧窝状，没有自由表面存在。宏观观察和微观分析也没有发现非结晶条带，说明该孔洞缺陷并非晶间疏松、缩孔、缩管残余、二次缩管等缺陷，而是在后期处理过程中产生的裂纹。

2该裂纹原始表面粗糙，电镜下观察断口完全呈现韧窝状，而压断断口则呈脆性断裂的解理状和少量韧窝状，说明原始裂纹是在较高温度下形成的。3大型轴类锻件在热处理冷却过程中，活件表层和心部分别先后冷却，在冷却后期外部金属已经冷却至低温并发生组织转变，形成强度和硬度较高的外壳，而这时心部金属的温度还高于外部；当心部金属继续冷却时，其体积将随之收缩，而此时外层金属所形成的坚硬外壳将阻碍心部金属的收缩；从而在活件的中心部位形成以热应力为主的3向拉应力，其最大拉应力作用在截面的中心处(活件长度方向和直径方向的中心部位)。有时心部金属在这种3向拉应力的作用下，其自身强度将不足以抵抗巨大的拉应力，从而发生开裂。因此对于大型工件，有时即使在缓速中淬火也会有裂纹产生。4另外，本件齿轮轴心部组织存在较严重的微观偏析现象。该组织偏析的存在显著降低了材料的强度，特别是在冷却过程中裂纹通常沿材料中的薄弱环节扩展。5由于大型锻件心部组织在淬火冷却时通常不发生马氏体相变，因此具有较好的塑性变形能力；活件裂开后，随着应力的释放，裂纹扩展的势头被显著遏制并停止扩展；同时裂口两边将在拉应力消失后发生回复性的塑性变形，从而导致裂口外观呈现孔状而非通常的扁平状。6此外，解剖的齿轮轴内部裂纹走向为与轴向呈约45°角的纵向裂纹，而解剖方向为横向，内部裂纹扩展方向示意如下图所示，从而导致在解剖所得截面上直接看到的断面两边不完全对称，类似于孔洞的现象。内部裂纹扩展方向示意结论