摘要：对35CrMo电机转轴超声波探伤的典型裂纹缺陷在断口形貌上进行了研究，并通过提取其化学成分，通过显微镜对金相组织进行微观分析等手段。发现电机转轴中钢质含杂质少，其化学成分以及金相组织并无明显不同。在正常尺寸内观察发现存在着锻造偏心、锭型偏析等现象。因为在热处理工艺上操作不当，再加上在对钢锭锻圆进行加热时温度分布不均匀而引起材料的变形，从而导致了裂纹缺陷。此种情况下，提高热处理工艺水平可以减少裂纹的出现。
关键词：电机转轴，35CrMo，超声波探伤，裂纹缺陷分析
电机转轴是电机正常运转的关键零部件之一，其产品质量要求非常高。根据客户要求，35CrMo电机转轴超声波探伤检验要求达到GB/13314-2008的最高质量等级，即不能在探伤灵敏度下发现缺陷。
一、试验描述
在进行超声波探伤检验过程当中，如果发现电机转轴出现探伤缺陷，并且超过了规定标准，将会被断为判废。通过超声波探伤缺陷的试验结果表明，其缺陷定位在轴颈处，主要缺陷或者是出现超标现象，即当量大于Φ3 mm，或者是出现底波消失的现象。
电机转轴在加工时的工作流程按顺序的先后分为以下几个步骤：①按照要求进行锻圆，制作出所要求规格的圆钢；②按所生产产品形状进行下料操作；③进行粗车处理；④调质工艺；⑤半精车处理；⑥超声波探伤；⑦精车处理；⑧磨削处理；⑨磁粉探伤。可以看出，超声波探伤缺陷在电机转轴工艺流程中有着重要的作用。本文分别选取了3支缺陷严重的电机转轴，并分为对其进行编号1#、2#、3#，然后对其进行超声波探伤，准确的确定出其缺陷位置，并在缺陷部位进行取样，利用显微镜等仪器，对样品进行详细的观察，找出出现缺陷的原因，对其加以分析，从而找到解决的方案，以便后续能提前预防。
二、探头选择
1）在对探头进行选择的时候，选择的探头的最大距离一定要能够探测出最小的缺陷，并且有一定的余量，所以可以根据探头的频率进行选择。一般的锻件在进行探头选择时没有特殊的规定，可以选择1 ～ 10MHz以上的工作频率，但是由于35CrMo 转轴不同于一般探头，晶粒度大，甚至有的可达到9级以上，此时，超声波在晶粒中传播时声能的衰减程度较小，所以在选择工作频率时，可以选择较高的工作频率，但是，太高的工作频率又会减弱声能的穿透能力，由此我们可以选择2.5MHz工作频率的探头。
2）35CrMo 转轴在工作时一般选择直探头，晶片的尺寸要按照探头直径的大小进行选择，一般为￠14-20mm；厚度方面，一般选择9 mm×9 mm，因为此种厚度探头能够增加探头与金属的接触面积，提高其工作质量。
3）35CrMo 转轴在K值上的选择一般选择K1.0-2.0探头，因为在此范围的探头在工作时能够将声波的传播距离缩短到工作范围，减小了声能的衰减程度，能够提高超声波探伤的灵敏程度，同时在定位上更加准确。
4）探伤方式：直接接触式（耦合剂）
程序控制输出：一般有PLC控制，超声波C扫描两种方式，按方式类型主要由数据输入端与探伤结果评判端两大部分组成。
探头布置：单探头环向探伤模式实现转轴的100%检测。
探伤标准：超声波探伤的标准可以在手动输入与自动选择两个标准之间进行选择，而无损探伤设备能够满足35CrMo 转轴所要求探伤的一切标准，而且探伤标准结果可以自动下载。
三、缺陷分析
3.1缺陷宏观形貌
试样1#，裂纹形状呈长条状，宽度约为1.2 mm，长度约为20mm，位置位于锯切横断面表面附近，并能用肉眼进行观察；2#，裂纹宽度长约0.3mm，长度长约10mm，位置位于锯切横断面处，可用肉眼进行观察；3#，裂纹位置在后心位置，裂纹细小且密集程度集中，肉眼不可见，需要借助工具进行观察。
选取较为严重的肉眼明显可见的1#裂纹进行宏观形貌观察，对其进行打磨、抛光后，可见裂纹外貌呈现弯弯曲曲的形状，与表面几乎呈垂直方向扩展，裂纹深度约为16mm，其宏观形貌如图1所示。
图1 试样1#裂纹宏观形貌（左）、裂纹头部（右）
3.2低倍组织分析
通过对 1-3#缺陷进行低倍组织测试，1#的低倍组织中心疏松1.0级，未超出规定标准。2#试样存在严重的锭型偏析，偏析级别为2.0级，且有明显的偏心现象，表明其缺陷原为热加工缺陷。形成热加工缺陷的原因主要是在加热过程中金属各部位受热不均匀使得金属流向不均匀，从而导致在锻造时材料变形程度不一致，最终产生锻造偏心的现象，从而出现缺陷，产生裂纹。
3.3化学成分分析
采用光谱成分分析法，选取二分之一半径处、心部的、靠近金属表面三处位置，对 1-3#试样进行光谱化学成分分析，其成分分析结果显示，化学成分指标均在标准范围之内，化学成分无异常。
3.4缺陷微观及金相分析
如图2、图3所示，为试样1进行金相分析后的观察结果，裂纹整体沿着晶体边缘扩展，部分裂纹穿过晶体扩展，试样组织为回火索氏体，裂纹附近的组织未见脱碳、过烧的现象，且与基体相比无明显的不同。
图2 试样1裂纹沿晶扩展（左）、裂纹穿晶扩展（右）
图3 试样1裂纹形貌（左）、基体组织形貌（右）
试验结果表明，试样1#产生裂纹的原因主要是在加热过程中对温度掌控不当，属于热处理工艺不当问题；试样2-3#出现多条裂纹，在其周围没有氧化痕迹，无锻件过热过烧的情况，并且裂纹附近没有发现夹杂物。
四、结论
1）电机转轴出现锻造偏心裂纹的主要原因，是在锻造加热过程中，温度不均匀引起的材料变形不均匀，所以在加热过程中需密切关注对温度的控制，过高或过低都会造成裂纹的出现。
2）在进行热处理时，工艺处理不当也会形成裂纹，例如冷却方式不当将会引起转轴开裂，从而形成裂纹；回火不及时，由残余应力释放也会引
起裂纹。因此，在在热处理工艺阶段，需时刻关注温度的变化。
3）可通过提高锻造和热处理工艺水平的措施来尽量减少裂纹的产生。
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论文作者:黄俏梅,钟金英,庞天柱
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：裂纹论文; 转轴论文; 缺陷论文; 试样论文; 超声波论文; 电机论文; 形貌论文; 《基层建设》2019年第8期论文;