1产品缺陷描述

我厂生产的某高中压转子，在心部区域出现超声检测缺陷，缺陷类型为当量较小的密集类缺陷，缺陷在工件中的位置如图1所示。

图1 缺陷分布位置Figure 1 Defect distribution location

2解剖取试

在轴向挑选缺陷较严重的部位，锯切150 mm厚的试片，再将试片加工成145 mm×145 mm×150 mm的试块。取试位置见图2，试块见图3。

3试验方法

首先对试块进行超声检测，确定缺陷大概位置，然后在缺陷密集处切取试片，对试片两面磨光后做磁粉检测，如未发现缺陷则将试片两面各铣掉1 mm，再磨光做磁粉检测，直到确定缺陷位置为止。

找到缺陷后，在缺陷位置处依次取三件高倍试样，分别标记为1#、2#、3#，对试样上的缺陷进行高倍放大后观察缺陷形貌，对1#试样的缺陷进行电镜扫描，用能谱分析确定缺陷处的微区成分。

图2 取试位置Figure 2 Sample taking position

4试验结果

4.1 超声检测结果

对图3所示试块进行超声检测，检测结果如表1，除E面没有发现明细的缺陷反射外，其他各面都发现有缺陷显示，各面缺陷位置虽然能对应，但也不完全一致。缺陷总体沿X方向，即150 mm方向的轴向分布。

图4 试样高倍缺陷形貌Figure 4 The microscopic morphology of defects in test specimens

图5 缺陷在电镜下的微观形貌Figure 5 Microscopic morphology of defects under electron microscope

图6 缺陷处微区能谱成分Figure 6 Energy spectrum component of microzone in defect

表1 超声检测结果Table 1 Ultrasonic test results检测面缺陷分布区域(单位:mm)A面B面C面D面F面XA:0～150XB:40～135XC:0～150XD:30～140YF:30～140YA:40～80ZB:100～106YC:70～105ZD:30～56ZF:30～56H:90～108H:80～88H:30～60H:60～70H:60～70

4.2 高倍检验结果

在试片的缺陷处依次切取1#、2#、3#高倍试样，未经腐蚀的情况下在金相显微镜下观察，结果如图4所示，检测缺陷均为密集的非金属夹杂或凹坑，其中在几乎所有的凹坑边缘均残留有部分夹杂，如图中箭头所示。

4.3 扫描电镜分析结果

在扫描电镜下对1#高倍试样的缺陷进行观察，其缺陷形貌如图5所示。采用能谱仪测定图中箭头所示位置处的微区成分，结果如图6所示，主要含Al、Si、Ca、Mg、O等元素。

5分析

1#、2#、3#高倍试样上的检测缺陷在显微镜下均表现为纵向分布的密集夹杂或凹坑，其中在几乎所有凹坑边缘处均有夹杂物存在。在电镜下观察，凹坑边缘非常尖锐，显然是原本就嵌入其中的物体在磨制试样时脱落形成的，而且凹坑边缘残存的夹杂物通过能谱分析，发现其含有大量的Al、Si、Ca、Mg、O等元素，这些元素在钢锭中以非金属氧化物形式存在。

众所周知，钢锭内部不可避免的存在着空洞性缺陷和夹杂性缺陷，随着钢锭重量的加大，虽然在工艺上采取了许多措施使这些缺陷的比例大大减少，但是钢液在凝固过程中的选择结晶使它们重新偏聚，局部产生了比小钢锭中缺陷大得多的缺陷。合理的锻造工艺参数可以消除空洞性缺陷，但对夹杂性缺陷只能改善，钢锭内部的夹杂物破坏了金属基体的连续性，这些分散于基体内的夹杂物与基体的变形能力不同，必然影响到夹杂物与基体结合，从而导致夹杂物周围产生应力集中。锻造变形时由于夹杂物分隔和阻碍的作用，其周围的金属无法接触，因而裂纹就无法闭合。大变形有可能使一个夹杂物分裂成多个更小的夹杂物，使其弥散化，但应力集中又可能使夹杂性裂纹扩大而萌生新裂纹，这种新裂纹无夹杂物的部分在后续的高温扩散中会得到修复，但是充满夹杂物的裂纹因夹杂物阻碍了原子扩散，使它无论如何也得不到修复[1]。这种缺陷在超声检测时反映为有一定范围的沿锻造变形方向分布的当量较小的密集性缺陷反射。

6结束语

通过以上综合分析可知，高中压转子的心部小当量密集缺陷为Al、Si、Ca、Mg等元素的非金属氧化物，是大尺寸夹杂物通过大变形锻造打碎后，弥散在金属基体中，最终沿锻造变形方向分布的小当量密集性缺陷。

[1] 曹起骧，韩静涛，马庆贤，等. 大型管板锻件夹杂性裂纹形成机理探讨[J]. 塑性工程学报，1994(1):14-19.