柴油机液压顶柱用20Cr钢表面聚磁原因分析

段丙谦，郭红英，张文清

西宁特殊钢集团有限责任公司，青海西宁 810005

0 引言

某钢铁公司为柴油机厂生产柴油机液压顶柱用20Cr钢，在用户加工零件后表面磨光进行磁粉探伤发现，零件表面出现成簇的聚磁线，经进一步检验分析认定，此聚磁线是零件表面存在长度有限的纵向发纹缺陷造成的，最长35mm，最短4mm。对此缺陷形成的原因进行了分析。

1 检验分析

1.1 发纹的宏观检验

成品零件呈中空圆柱状，外表面经过磨削抛光后具有很高的光洁度，直径Φ34mm，表面没有肉眼明显可见的裂纹，经过磁粉探伤后显现出数条平行于轴线的具有一定长度的聚磁线段。

将此零件表面进行酸浸腐蚀后，显现出肉眼明显可见的发纹。

将原材料20Cr钢棒（规格Φ35mm）进行塔形检验，1～5各台阶直径分别为Φ30mm、Φ26mm、Φ22mm、Φ18mm和Φ14mm。在第2个台阶上肉眼可见数条平行于轴线的发纹。

1.2 发纹的显微分析

截取部分零件表面进行抛光处理，发纹显现明显。对其进行显微观察，其纵向形貌为粗细基本均匀的沟槽，宽度80～120μm。

使用线切割机进行横向切割，对其环状横截面进行抛光处理后观察裂纹横向形貌，裂纹底部表现为光滑的圆弧形态，没有向纵深扩展的趋势。

1.3 非金属夹杂物检验

对零件进行非金属夹杂物检验，发现零件横向发纹附近分布着较多的塑性夹杂物。对零件缺陷部位横轴向打磨2mm后沿轴向研磨抛光，夹杂物检验结果见表1。

表1 夹杂物检验结果单位：（级）

1.4 扫描电镜检验

对照片9、照片10、照片11中的塑性夹杂物进行扫描电镜检验，夹杂物微区成分主要是Ca、Al、Si的氧化物，见表2。分析其组分构成并经过计算，发现此夹杂物是硅酸铝、硅酸钙等塑性夹杂物。

表2 扫描电镜下的微区成分单位：（%）

2 讨论

扫描电镜下元素按一定比例分布，由此计算出的硅酸盐类夹杂物是硅酸铝钙，也即是硅酸铝和硅酸钙以一定比例”混合”起来的复合硅酸盐夹杂物，还有一定数量的氧化物。

计算过程：此电子探针成分为元素的质量百分数，通过元素的原子量计算出元素的原子个数近似值，如表3。

表3 扫描电镜下的微区成分中元素的原子个数单位：（个）

谱图1、2中有4个Si原子、1个Ca原子、2个Al原子、12个O原子组成了复合的硅酸盐夹杂物：Al2（SiO3）3·CaSiO3，剩余的6个Ca原子、5个Al原子、15个O原子组成了复合的：5Al2O3·12CaO和少量的MgO、Na2O等氧化物夹杂物。

谱图3中有5个Si原子、1个Ca原子、2个Al原子、2Na个原子、15个O原子组成了复合硅酸盐夹杂物：Al2（SiO3）3·CaSiO3·(Na)2SiO3，的剩余的2个Ca原子、4个Al原子、2个Na原子、14个O原子组成了复合的：2Al2O3·2CaO·Na2O及少量的K2O和少量MgO等氧化物夹杂物。

在轧制过程中，钢中的塑性硅酸盐夹杂物和脆性氧化物发生变形并沿着轧制方向延伸成条状，这种条状夹杂物破坏了钢材的连续性，降低了钢材的力学性能，造成性能的各项异性，特别是是钢材横断面塑性大幅下降。

3 结论

塑性的复合类硅酸盐及少量氧化物等非金属夹杂物，在轧制变形时沿轧制方向延展变形，导致钢材基体形成发纹，当机械加工尺寸恰好使得这些非金属夹杂物显现于表面时，导致磁粉探伤聚磁现象。较大的塑性非金属夹杂物还可造成钢材材料表面出现明显裂纹，产生废品。

[1]徐泰富.基于油液分析的柴油机可靠性试验中的磨损评价研究[D].武汉理工大学，2007.