300M鋼鍍鉻層下燒傷缺陷的巴克豪森檢測

王樹志，李 川，喬海燕，葛子亮，任學(xué)冬

（1.中航工業(yè)北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095；2.中航飛機(jī)起落架制造有限公司燎原分公司，城固 723200）

當(dāng)通有交變電流的線圈靠近鐵磁零件表面時(shí)，會(huì)使零件的磁場變化，從而在線圈中產(chǎn)生電脈沖。當(dāng)由磁疇移動(dòng)引起的電脈沖在零件表面大量聚集時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生類似電脈沖信號(hào)，稱為巴克豪森噪聲（簡稱BN）。從宏觀冶金學(xué)的角度可以把這些影響巴克豪森信號(hào)的因素分為兩類，即硬度與殘余應(yīng)力的影響，因此可利用巴克豪森噪聲檢測材料表面的燒傷缺陷［1－3］。

300M鋼是一種超高強(qiáng)度鋼，用于制造要進(jìn)行鍍鉻后再進(jìn)行磨削加工的起落架，而磨削過程中產(chǎn)生的熱極易隔著鍍層傳遞給基體材料而造成燒傷［4－8］。目前磨削燒傷缺陷的檢測方法只有酸浸蝕方法，但酸浸蝕法只針對裸露的磨削燒傷的檢測，對于鍍層下的燒傷檢測是無法進(jìn)行的。筆者通過制作鍍鉻層下燒傷試樣，進(jìn)行巴克豪森檢測試驗(yàn)，研究鍍層與巴克豪森信號(hào)的關(guān)系，為鍍層下燒傷檢測方法的制定以及零件的實(shí)際檢測提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)方法

選取300M鋼棒材先進(jìn)行預(yù)備熱處理（930℃正火和700℃回火），然后按照軋制方向取樣，并留有1mm的加工余量，再進(jìn)行最終熱處理（870℃油淬和300℃空冷），最終加工成7個(gè)尺寸為250mm×40mm×15mm長條形試樣，最后對試樣進(jìn)行吹砂處理，吹砂距離400mm，沙粒大小為100μm。

圖1 不同激光功率對應(yīng)巴克豪森信號(hào)波形圖

使用TRUMPF6000型激光器對7個(gè)試樣進(jìn)行瞬間加熱，每個(gè)試樣均制作出3個(gè)燒傷斑，分別為過回火燒傷、輕微淬火燒傷和嚴(yán)重淬火燒傷，且各個(gè)試樣之間燒傷斑位置及對應(yīng)的功率相同。由于激光功率與燒傷溫度之間很難建立直接關(guān)系，需要通過調(diào)節(jié)功率大小制作不同功率燒傷斑，然后挑選出三個(gè)級別的典型燒傷。激光離焦量為200mm，掃描速度為400mm／min，試驗(yàn)所用的激光功率分別為920，1190，1450，1680，2020，2160，2520，2700W，采用Rollscan 250型巴克豪森檢測儀以及通用探頭對燒傷斑進(jìn)行檢測，對應(yīng)的巴克豪森檢測信號(hào)波形如圖1（a）（b）所示，磁化方向?yàn)榇艠O的連線方向?？商暨x出激光功率為1680，2160，2520W下的燒傷作為典型級別燒傷。圖2所示為經(jīng)過激光燒傷后的7個(gè)試樣照片，各個(gè)試樣上的燒傷斑位置和功率排列均一致。對其中6個(gè)試樣進(jìn)行不同厚度的鍍鉻處理，厚度如表1所示。然后使用Rollscan 250型巴克豪森檢測儀對7個(gè)試樣進(jìn)行掃描，探頭為高能探頭，高能探頭具有更大的滲透深度，探頭上的兩個(gè)磁極方向?yàn)榇呕较蚯掖艠O橫截面積較通用探頭大。最后比對分析不同鍍層厚度對巴克豪森信號(hào)波形的影響情況。

圖2 激光燒傷試樣照片

表1 不同鍍層厚度試樣

2 試驗(yàn)結(jié)果

使用Rollscan250型巴克豪森檢測儀對1～7號(hào)試樣進(jìn)行掃描，分別進(jìn)行磁化方向垂直于燒傷斑方向和磁化方向平行于燒傷斑方向兩次掃描，記錄每次掃描的波形圖。如圖3所示為1～4號(hào)試樣，當(dāng)磁化方向垂直于燒傷斑方向時(shí)的巴克豪森掃描波形，圖4為5～7號(hào)試樣，當(dāng)磁化方向垂直于燒傷斑方向時(shí)的巴克豪森掃描波形。而圖5所示為1～4號(hào)試樣當(dāng)磁化方向平行于燒傷斑方向時(shí)的巴克豪森掃描波形，圖6為5～7號(hào)試樣當(dāng)磁化方向平行于燒傷斑方向時(shí)的巴克豪森掃描波形。

圖3 磁化方向垂直于燒傷斑方向時(shí)，1～4號(hào)試樣的巴克豪森掃描波形

圖4 磁化方向垂直于燒傷斑方向時(shí)，5～7號(hào)試樣的巴克豪森掃描波形

圖5 磁化方向平行于燒傷斑方向時(shí)，1～4號(hào)試樣的巴克豪森掃描波形

圖6 磁化方向平行于燒傷斑方向時(shí)，5～7號(hào)試樣的巴克豪森掃描波形

3 分析和討論

對1號(hào)試樣進(jìn)行酸浸蝕，如圖7所示，可見當(dāng)功率為1680W時(shí)，燒傷斑呈深黑色，說明此處出現(xiàn)了過回火燒傷，當(dāng)功率為2160W時(shí)，燒傷斑大部分為深黑色，只有位于中心處出現(xiàn)較小區(qū)域的白亮色燒傷區(qū)域時(shí)，說明該區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重的過回火燒傷以及燒傷斑中心部分區(qū)域出現(xiàn)了輕微的淬火燒傷。而當(dāng)功率為2520W時(shí)，燒傷斑中心大部分出現(xiàn)白亮色條帶，兩邊呈深黑色，此為典型的淬火燒傷帶。

圖7 三個(gè)級別燒傷斑酸浸蝕檢查結(jié)果

由圖3～6可知，隨著鍍鉻層厚度的逐漸增加，BN信號(hào)逐漸降低。當(dāng)鍍層厚度超過150μm時(shí)輕微燒傷（圖4和圖6中1680W燒傷斑區(qū)域）的檢測靈敏度嚴(yán)重下降，當(dāng)鍍層厚度超過250μm時(shí)，鍍層下的燒傷缺陷就很難檢測出來。而將圖3和圖5中曲線1和曲線2對比可以看出曲線2的BN值較曲線1的BN值嚴(yán)重降低，可見鍍層對巴克豪森信號(hào)的影響較敏感。

由圖3～6可見，隨著燒傷嚴(yán)重程度的增大，BN信號(hào)值也越來越嚴(yán)重，但當(dāng)達(dá)到淬火燒傷程度時(shí)BN值開始降低，特別是在使用高能探頭檢測時(shí)BN值降低的更為明顯。主要原因是高能探頭的霍爾元件較常規(guī)探頭的霍爾元件的橫截面積大。如圖8所示，當(dāng)探頭從燒傷斑上面掃過，探頭中的霍爾元件拾取的是橫截面積下的BN信號(hào)平均值，因此當(dāng)掃過淬火燒傷區(qū)域時(shí)，由于燒傷斑邊緣過回火燒傷寬度較窄，探頭拾取了大量的基體和淬火燒傷狀態(tài)下的信號(hào)，因此淬火燒傷斑BN值開始減小。

圖8 不同探頭橫截面積拾取信號(hào)示意圖

4 結(jié)論

（1）巴克豪森法可以準(zhǔn)確地檢測鍍鉻層下燒傷，檢測靈敏度隨著鍍層厚度的增加逐漸降低，當(dāng)鍍層厚度超過150μm時(shí)檢測靈敏度嚴(yán)重降低。當(dāng)鍍層厚度超過250μm時(shí)，鍍層下的燒傷缺陷很難檢出。

（2）巴克豪森法對燒傷區(qū)域的檢測分辨率取決于巴克豪森信號(hào)采集探頭尺寸的大小，尺寸越小其對燒傷區(qū)域的分辨率越大，反之亦然。

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