铸·１０５６·造Ｏｃｔ．２００６ＶＯＩ．５５ＮＯ．１０ＦＯＵＮＤＲＹ铸件磁粉检测缺陷分析及预防聂小武１一，鲁世强１一，王克鲁１，２（１．南昌航空工业学院材料科学与工程学院，江西南昌３３００３４；２．南昌航空工业学院无损检测技术教育部重点实验室，江西南昌３３００３４）摘要：铸件经磁粉检验检测出的缺陷可分为孔洞类、裂纹、冷隔类，夹杂类三大类，每一大类又可分为若干小类。磁粉检验检测出的各种铸件缺陷的磁痕有线状、点状、片状和网状等，采取一定的措施可防止或减少缺陷的产生，提高铸件质量。铸件在磁粉检测的过程中可能会出现各种伪缺陷磁痕，通过适当降低磁场强度和使用放大镜等工具可进行真伪鉴别，从而有效改进铸造工艺。关键词：铸件；磁粉检验；缺陷；防止中图分类号：ＴＧｌｌ５．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００６）１０—１０５６一０４ＣａＵＳｅＡｎａＩｙＳｉＳＯｆｔｈｅＤｅｆｅｃｔＳｉｎＣａＳｔｉｎｇＳＤｅｔｅｃｔｅｄｂｙＭａｇｎｅｔｉＣＰａｒｔｉＣＩｅＴｅＳｔａｎｄＴｈｅｉｒＰｒｅＶｅｎｔｉＯｎＮＩＥＸｉａ０一ｗｕｌ，－，ＬＵＳｈｉ＿ｑｉａｎ９１”，ＷＡＮＧＫｅ－ＩｕｌＪ２（１．Ｃｏ¨ｅｇｅｏｆＭａｔｅｒ．ａＩｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒＩｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇｌｎｓｔ．ｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕ“ｃａＩＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３４，ＪＩａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂＯｒａｔＯｒｙｏｆＮ０ｎｄｅｓｔｒｕＣｔ；ＶｅＴｅｓｔ０ｆＭｉｎｉｓｔｒｙ０ｆＥｄｕｃａｔ．ｏｎｉｎＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａＩＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３４，Ｊｉａｎｇｘｉ，ＣｈＩｎａ）ＡｂＳｔ阳ｄ：ＩｔｉｓｉｍｐＯｒｔａｎｔｆｏｒｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍＣａＳｔｉｎｇＳｔ０ｄｅｔｅｃｔｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｐａｎ＿ｃＩｅｔｅｓｔｔ０ｅｎｓｕｒｅｔｈｅｉｒｑｕａ¨ｔｙ．ＡＣｃＯｒｄｉｎｇｔ０ａｇｒｅａｔｄｅａｌ０ｆｐｒＯｄｕＣｔｊＯｎｅｘｐｅｒ．ｅｎｃｅｓ，ｍｅｔａ¨０９ｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉＯｎＳａｎｄｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎ０１０９ｉｅｓｔｈｅｒｅＳｕＩｔｓＳｈＯｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｆｂｃｔｓｉｎｃａｓ“ｎｇｓｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃＩｅｔｅｓｔａｒｅｃＩａｓｓｉｆｉｅｓｔｈｒｅｅｄｉ能ｒｅｎｔｃａｔｅ９０ｒ．ｅｓ。ｎａｍｅＩｙｃａｖｉｔ．ｅｓ，ｄｉｓｃＯｎｔｉｎｕｉ“ｅｓ，ｃｏｌｄｓｈｕｔｓａｎｄｉｎｃＩｕｓｉｏｎｓ．ＥａｃｈｃａｔｅａｏｒｙｃａｎａｌｓｏｃＩａｓｓｉｆ、，ｓｏｍｅｄｉ仟ｅｒｅｎｔｃａｔｅｇｏｒ．ｅｓ．Ｄｅｆｂｃｔｓｉｎｃａｓｔｉｎｇｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｐａ川ＣＩｅｔｅｓｔｈａＶｅ１．ｎｅａｒｆｏｒｍ，ｐＯｉｎｔｆｏｒｍ，ｐｉｅＣｅｆｏｒｍａｎｄｎｅｔｆｏｒｍ．ＴａｋｉｎｇｓＯｍｅｍｅａｓｕｒｅｓｃａｎｒｅｄｕｃｅＯｒｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｓｅｄｅｆｅｃｔＳｔＯｉｍｐｒｏｖｅｃａｓｔｉｎｇＳｑｕａ｜ｌｔｉｅｓ．Ｓ０ｍｅｆａｋｅｄｅｆｅｃｔＳｍａｇｎｅｔｉｃ－ｐａｒｔｉｃＩｅｓｍａｒｋＳｍａｙａｐｐｅａｒ．ＩｔｃａｎｄｊｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｈｅｍｂＶｒｅｄｕＣ｝ｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｎｓｉＯｎａｎｄｓＯｍｅｔ００ｌｓｓｕｃｈａＳｍａｇｎｉｆｉｅｒ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔｉＳｅ仟ｅｃｔｉＶｅｔＯａｍｅｎｄｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｋｅｙ、ⅣＯ喇Ｓ：ｃａｓｔｉｎｇｓ；ｍａｇｎｅｔ－ｃｐａｒｔｉＣｌｅｔｅＳｔ：ｄｅｆｅｃｔＳ；‘ｐｒｅ、，ｅｎｔｉＯｎ磁粉检验是无损探伤中一种传统方法，具有设备测出铸件的缺陷类型，更没有对缺陷产生的原因进行简单、操作方便及检测速度快等优点，一般用于铁磁性材料表面及近表面开口不连续的检验。磁粉检验的原理是铁磁性材料磁化后，若表面或近表面存在缺陷，分析。另一方面，无损检测操作人员一般对铸造理论知识了解的比较少，因而实际生产中无损检测人员只能大致判断有无缺陷，却不知道所检测的缺陷为何种类型及怎样形成的，容易造成漏检、错检。而铸造技引起磁力线折射，导致部分磁力线泄漏出零件表面而形成漏磁场，磁粉或磁悬液受漏磁场吸引便聚集在缺陷上，产生肉眼可见磁痕，通过综合分析和评定得出缺陷位置、形状和性质。发达国家，如美、日、德等，其应用领域涉及到飞机制造、航空航天、造船、车辆、术人员则往往缺乏无损检测的理论知识，难以发现缺陷的位置，也不能对磁粉检验检测出的缺陷进行定性分析，并制定出改进的方案。在磁粉检验中得到的磁痕可能为缺陷磁痕也可能为伪缺陷磁痕，要辩证地分析检验的结果，需要有无损检测的理论知识，还要了解铸件生产的全过程，更多需要的是实践经验。本文作者拟对铸件经磁粉检验检测出的缺陷进行分类，分析其产生的原因，并提出了防止的办法，以及如何鉴别铸件在磁粉检验过程中的真伪磁痕，介绍的是作者原子能工业以及高压电器、压力容器等行业。在铸造生产中，要保证交付的是优质铸件，磁粉检验是一根重要的衡量准绳；要持续改进铸件质量，磁粉检验又是铸造生产者的一个良好助手。而磁粉检验标准，不管是国内还是国外的，都是从无损检测专业的角度出发制定的，而没有明确指出磁粉检验能检收稿日期：２００６＿０７—１１收到初稿，２００６－０７—２７收到修订稿。在实践经验中获得的结果，供相关人员参考。作者简介：聂小武（１９７９一），男，江西樟树人，助理工程师，硕士生，主要从事高温结构材料及铸造工艺的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｉｅｘｉａ咖６５６７＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ万方数据 铸造聂小武等：铸件磁粉检测缺陷分析及预防·１０５７·１磁粉检验检测出的铸件缺陷类型’磁粉检验的缺陷是通过磁痕来显示的，但磁痕并不一定能真实地反映缺陷的本质，因为形成漏磁的因素很多，并非所有的磁痕都表征缺陷的存在，这就使得对铸件经磁粉检验检测出的缺陷进行分类比较复杂。要判断缺陷的类型，首先要观察磁痕的形状：是点状还是线状，是聚集还是分散；其次分析磁痕所在的位置以及产生此类磁痕的铸件数量有多少，有无规律性；最后，结合铸造工艺理论判断缺陷类型。由于铸件缺陷分类的方法比较多，可按照国际铸件缺陷图详１】分类标准，认为磁粉检验能检测出的铸件缺陷主要有三类—孔洞类缺陷，如气孔、针孔、缩孔、缩松、疏松；裂纹；冷隔类缺陷，如冷裂、热裂、冷隔、热处理裂纹；夹杂类缺陷，如夹杂物、夹渣、砂眼等。２磁粉检测出的缺陷分析及防止２．１孔洞类缺陷２．１．１侵入气孑Ｌ侵人气孔特征是数量较少，尺寸较大，内表面光滑，形状有梨形和椭圆形，产生在铸件的局部，有时显露在铸件表面。产生机理主要是，铸型在高温金属液的热作用下，产生的气体侵人金属液而形成的。比如在砂型中，当砂型或砂芯产生的气体压力超过金属液对气体的阻力时，气体进入金属液中。特别是砂型砂芯局部过湿或通气孔钻人金属液堵死，会形成侵入气孔。侵入气孑Ｌ方向，可观察气孔的尖端指向来判断。防止措施口卅有，①控制型（芯）砂混合料中的发气物加入量；湿型少喷水或少刷水，烘干后的型芯不要久放，不用潮湿或生锈的冷铁。②改善型砂透气性，紧实度要合适。③保证金属液平稳进入型腔。④适当提高浇注温度，使侵入金属液气体有时间排出。２．１．２析出气孔析出气孔特征是多呈细小的圆形、椭圆形或针状，往往出现在铸件的厚大断面上或热节处，经加工后显露。产生机理，主要由于金属液在熔炼过程中吸收了较多的气体，在凝固过程中大部分气体会逐渐析出，而此时金属液的流动陛很差，气体较难聚集浮起，形成气孔。防止措施，①炉料人炉前应进行烘干、滚光或吹砂等处理。②熔炼时加入适量溶剂，使金属液面上形成熔渣保护层，以隔绝空气进入。③浇包工具要烘干，对金属液采取高温出炉低温浇注等。④采用真空熔炼和压力凝固。２．１．３反应性气孔反应性气孔常出现在球墨铸铁件上，也称为皮下气孔，热处理去除氧化皮后会显露出来。产生机理，高温金属液注入铸型后，与型（芯）、冷铁和熔渣等发生化学反应生成气体而形成的气孔。铁液中逸出的镁万 方数据和铁液表面的硫化镁与铸型中的水发生化学反应，生成氢和硫化氢等气体。防止措施，①净化炉料，减少铁液中含气量；②严格控制型砂水分，在保证球化的前提下，尽量减少镁的加人量；③适当提高浇注温度，在铁液表面或铸型表面撒少量冰晶石粉或氟硅酸钠等。上述三类缺陷在磁粉检验时显示的磁痕特征是，一般多呈圆形或椭圆形，密集形分布，均有一定面积。２．１．４缩孔缩孔特点是形状不规则，孔壁粗糙并带有枝晶，常出现在热节或最后凝固部位。磁粉检验时显示的磁痕特征是磁粉堆积密集，磁痕外形不规则，多呈云朵状出现。产生机理，铸件逐层凝固时，液态收缩与凝固收缩之和大于其固态收缩。防止措施，①工艺设计时应使各个断面的模数大致相同；②采用补贴增厚的办法改进断面形状；⑧充分考虑断面的有效距离；④根据合金特性，使用适当数量的冒口；⑤对熔模铸造，模组的分布要合理，防止局部散热困难。２．１．５缩松、疏松缩松是细小分散的孔洞；疏松是枝晶间及枝晶臂间的细小孑Ｌ洞，和缩松相似，但孔洞更细小。缩松部位在加水压时会渗透。磁粉检验时显示的磁痕特征是磁粉堆积松散，多呈片状。图１为某铸件的缩松缺陷，图２为其金相表征，可以看出是由一些不规则的孔洞组成，形状不规则。产生机理，缩松是由于铸件体积凝固时，液态收缩与凝固收缩的总和大于固态收缩。疏松产生的原因有两方面——铸件冷却速度过快，来不及补缩；铸件冷却速度过于缓慢，枝晶粗大妨碍补缩。防止缩孔的办法，①工艺设计上力求做到顺序凝固；②冒口的尺寸和数量要适当；⑧必要时采用补贴增厚的办法；④控制铁液成分，主要控制碳当量和磷，尽可能提高Ｃ与Ｓｉ之比。防止表面疏松的办法，①加快铸件表面冷却速度，如适当降低铸型温度，降低浇注温度等；②在熔模铸造中，可在型壳装箱填砂前于疏松区域上刷上石墨粉，加快散热，或采用不填砂浇注的方式。图ｌ缩松Ｆ培ｌＳｌｌｒｉｎｋａｇｅ２一裂纹、冷隔类缺陷２．２．１冷裂冷裂常常是穿过晶体而不是沿晶界断裂，断口金属光泽或呈轻微氧化色泽，断口形状与普通抗拉试棒Ｏｃｔ．２００６·１０５８·ＦＯＵＮＤＲＹＶＯＩ．５５ＮＯ．１０图２缩松的金相表征Ｆｉ９２ＴｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｏｆｓｈｒｉｒＩｌ（ａｇｅ断口相似，一般是在较低温度下产生的。磁粉检验时显示的磁痕特征是，一般呈弯曲状，磁粉吸附紧密，轮廓清晰，端点尖细，中间粗大。图３为某铸件的冷裂，图４为其金相表征，在冷裂的旁边有一些细小的孑Ｌ洞。产生机理，铸件内部应力过大，或者铁液中的硫、磷含量过高，增加了脆性，在落砂、清理、搬运、热处理等工序中，受到震动、锤击或加热速度过大等引起开裂，或者铸件中夹杂物缩孑Ｌ、气孑Ｌ和粗大树枝晶造成应力集中。防止办法，①铸件的内圆角和工艺拉筋设计要合理；②应使铸件各部分的冷却速度趋于一致；③铸件进行时效处理，减少残余应力；④尽可能使铸件在型内缓慢冷却，减少内应力。图３冷裂Ｆｉｇ．３Ｃｏｌｄｔｅａｒｉｎｇ图４冷裂的金相表征Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｏ鲫ｈｏｆｃｏｌｄｔｅａｒｉｎｇ２．２．２热裂断口严重氧化，无金属光泽，裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，呈粗细不均曲折的不规则曲线，一般在铸件最后凝固的部位。分为内裂和外裂两种，内裂多在冒口的下部。磁粉检验时显示的磁痕特征是，磁痕多呈网状分布，磁痕端点尖细，中间粗大，轮廓清晰，吸附紧密。图５为３５Ｃｒ№Ｓｉ铸件的热裂纹缺陷，图６为万 方数据其经过３％ＨＮ０，腐蚀后的金相表征。产生机理，金属液接近凝固温度时，收缩量较大，塑性较差，铸件自由收缩受阻造成。防止办法，①提高铸型的退让性，可在型（芯）砂混合料中加入适量的木屑焦粒和炉渣等材料；②增加易裂处的抗裂能力，如加设防裂筋，采用冷铁，金属液从多处浇入型腔等；③改善铸件结构，转角处做成圆角，改变分叉或相接的断面过多等；④合金中低熔点元素不得超标。图５热裂缺陷Ｆｉｇ５Ｈｏｔｔｅ耐ｎｇ图６热裂纹的金相表征Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｍｅ诅１１０９ｒａｐｈｏｆｈｏｔｔｅ州ｎｇ２．２．３冷隔冷隔在铸件上为穿透或不穿透的缝隙，边缘成圆角状。多出现在远离浇口的铸件宽大上表面或薄壁处、金属液流股会合处或激冷部位。磁粉检验时显示的磁痕特征是，磁粉呈长条状，两端圆滑，磁粉浅淡而松散。产生机理，①铸型模具温度过低；②浇注系统设计不合理；③浇注温度过低；④合金液压头过小，流速过低。防止办法，①提高浇注温度；②改善熔炼工艺，防止金属液氧化；③合理布置浇注系统，提高型砂透气性，改变芯撑内冷铁等嵌铸物的尺寸和位置。２．２．４热处理裂纹铸件在热处理过程中出现的穿透或不穿透的裂纹，开裂处的金属表面有氧化现象。磁粉检验时显示的磁痕特征是，一般呈弯曲状，磁粉吸附紧密，轮廓清晰，端点尖细，中间粗大。产生机理，热处理工艺不当或操作不当；铸件残余应力过大，热处理过程中又增加了相变应力；铸件中有气孑Ｌ、缩松、组织粗大偏析等缺陷，引起应力集中。防止办法，①采用合理的热处理规范；②改进铸件结构，壁厚力求均匀；③改进铸造工艺，减少气孔、夹渣及偏析等缺陷。铸造聂小武等：铸件磁粉检测缺陷分析及预防·１０５９·２．３夹杂类缺陷２．３．１金属（非金属）夹杂物铸件加工后，基体表面上有大小不等形状不规则色泽与基体金属不同的其它金属或非金属杂物。磁粉检验时显示的磁痕特征是，沿一定的方向分布，呈短线状，端点不尖锐，颜色较浅，擦去磁粉后看不出痕迹。图７为某铸件的夹杂类缺陷，图８为其金相表征，可以看出夹杂物的颜色与基体不一致。产生机理，①液态金属中混入了外来的金属杂质；②液态金属保温温度过低。如铝合金，含有粒状或针状结晶的金属化合物；③在液态金属中，混有尚未熔化的金属炉料或合金添加剂；④芯骨外露或芯撑漂浮，被液态金属熔合，但未熔成一体。防止办法，①保证炉料清洁，防止混入外来金属；②在合金添加元素全部熔化后才能浇注；③坩埚底部的炉料含夹杂物较多，不进行浇注。图７夹杂Ｆｉｇ．７Ｂ１ａｃｋｉｎｇｃｏａｔｉｎｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎ图８夹杂的金相表征Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｏｆｂｌａｃｋｉｎｇｃｏａｔｉｎｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎ２．３．２渣眼渣眼特征是孑Ｌ眼内夹杂着玻璃状熔渣，孔壁粗糙，形状不规则。磁粉检验时显示的磁痕特征是，磁粉堆积密集，磁痕外形不规则，多呈云朵状出现。产生机理，扒渣和挡渣不好；浇注系统设计不合理；浇注时断流；金属氧化物与造型材料相互作用时，形成低熔点熔渣（即二次渣）等。防止办法，①浇注前，将金属液静置一段时间后，把渣扒尽；②采用有挡渣装置的浇包；③适当提高浇注温度；④浇注系统要有挡渣措施，浇口的设计应使金属液平稳地进入型腔。３铸件磁粉检验中常见的伪缺陷磁痕铸件在磁粉检验的过程中，并非所有吸附在材料上的磁痕都代表在该处存在缺陷，有的磁痕则与缺陷万 方数据无关，为伪缺陷磁痕。这种伪缺陷磁痕要辨别出来，否则将把无缺陷的铸件当成有缺陷的铸件，甚至认为是废品，因此需要正确判断。反之，如果把缺陷磁痕当成是伪缺陷磁痕则会造成漏检，后果严重。导致形成伪缺陷磁痕的因素比较多，需要灵活掌握。但是，伪缺陷磁痕一般磁痕表征颜色较浅，磁粉堆积稀薄、松散，重复操作时磁痕的再现性不好，磁痕轮廓比较模糊，降低磁场强度时现象消失。如果实在判断不了时，可以采用腐蚀后通过金相观察分析。铸件在磁粉检验中常见的伪缺陷磁痕有以下几种。①待检铸件的几何形状比较特殊且复杂，磁化电流比较大时，在某些断面突然变小的地方可能引起伪缺陷磁痕。这是因为由于断面面积变小，磁通密度在该处必然增大，超过某一极限值后，磁力线发生外泄，形成漏磁场，产生伪缺陷磁痕。所以检查具有那些断面突变的零组件时，要特别小心。可以通过适当降低磁场强度或采用剩磁法再检查，看是否还会有磁痕出现。②某些铸件在生产的过程中，在清理及搬运时受到机械划伤后，留下微小的划痕，在磁粉检验时形成漏磁场，导致形成伪缺陷磁痕。这种磁痕一般呈线状，但是两端不尖，整个轮廓不是很清晰。擦去磁粉后，通过放大镜可以观察到划痕，通过机械打磨可以消除。③当零件某部位受到外力作用而储存了较大的内应力，发生局部冷作硬化时，由于内部组织畸变，磁导率发生变化，也会形成漏磁场，铸件经时效处理后可消除。类似的情况还有淬硬区和非淬硬区的交界处以及铸件内部组织严重不均匀时也会发生。④磁悬液中如果磁粉含量过高，磁粉流动性不好，铸件表面的微凹或锈蚀部位可能会引起伪缺陷磁痕。４结论（１）铸件经磁粉检验检测出的缺陷可分为孔洞类缺陷、裂纹冷隔类缺陷、夹杂类缺陷三大类，每一大类又可分为若干小类。（２）磁粉检验检测出的各种铸件缺陷的磁痕不尽相同，采取一定的措施可防止或减少缺陷的产生。（３）铸件在磁粉检验的过程中可能会出现伪缺陷磁痕，通过适当降低磁场强度和放大镜等工具可进行真伪鉴别。参考文献：［１】ＲｏｗｌｅｙＭＴ．１１１ｔｅｍａｔｉｏｎａｌａｔｌａｓｏｆｃａｓｔｉｎｇｄｅ矗∞ｔｓＡＦＳ（ｉｎｃｏｒｐｏｍｔｅｄ）［Ｍ］．ＤｅｓＰ１ａｉｎｅｓ：ＩＬＬ，１９７４．［２】《铸件缺陷手册》编写组．铸件缺陷手册［Ｍ］．青海：青海人民出版社，１９８２．［３】肖柯则．铸件质量控制及缺陷手册嗍．北京：兵器工业出版社，１９９３．［４】陈国桢，肖柯则，姜不居．铸件缺陷及对策手册［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０００．（编辑：田世江，ｔｓｊ＠ｆｏｕＩｌ奶ｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）铸件磁粉检测缺陷分析及预防
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
聂小武， 鲁世强， 王克鲁， NIE Xiao-wu， LU Shi-qiang， WANG Ke-lu
南昌航空工业学院材料科学与工程学院,江西,南昌,330034;南昌航空工业学院无损检测技术教育部重点实验室,江西,南昌,330034铸造FOUNDRY2006,55(10)1次
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