CN113406292A - 一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，获取锻造工件裂纹产生位置并对工件裂纹位置进行清洗和磨抛处理，获取裂纹尺寸参数；通过锻造工件的裂纹尺寸参数对其裂纹形貌、金相组织、硬度变化、元素分布和腐蚀产物以及结合锻造工件的材料、锻造工艺和淬火工艺对裂纹进行整体分析，判断裂纹产生的阶段；再次结合裂纹形貌、金相组织、硬度变化和腐蚀产物中的一项或多项对裂纹性质进行定性判断，从而进一步准确判断裂纹出现的阶段。本发明可以准确的对锻造工件基体表面裂纹的形成阶段进行判定，从而有助于确定工件基体的失效原因及责任划定，以往由于没有准确判定表面裂纹的开裂的时期而无法明确责任。

Description

一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法
技术领域
本发明属于工件缺陷检测分析技术领域，特别涉及锻造后经淬火处理的管件或锻件列为产生的分析判断技术领域，尤其涉及一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法。
背景技术
在工业产品生产和使用中，锻造加工并正火处理工件数量巨大，制造过程中产生裂纹较为常见，开裂事故也较多，造成的经济损失巨大，在判定裂纹开裂原因和阶段方面，尚缺乏系统性的明确的判定方法，因此，有时无法得出准确的失效结论，进而无法对生产提出正确的改进建议。因此，基于上述的技术问题，急需提供一种简单明确的判定方法，能快速准确地判断裂纹产生的阶段，进而指导生产改进工艺，避免出现类似裂纹，提高产品的合格率，对于厘清工艺责任，改进工艺和技术具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，根据本发明可对锻造工件裂纹产生阶段进行有效分析，从而准确判断出裂纹出现的阶段，从而有助于确定工件基体的失效原因及责任划定。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
根据本发明的一个方面，提供了一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，包括以下步骤：
获取锻造工件裂纹产生位置并对工件裂纹位置进行清洗和磨抛处理，获取裂纹尺寸参数；通过锻造工件的裂纹尺寸参数对其裂纹形貌、金相组织、硬度变化、元素分布和腐蚀产物以及结合锻造工件的材料、锻造工艺和淬火工艺对裂纹进行整体分析，判断裂纹产生的阶段；再次结合裂纹形貌、金相组织、硬度变化和腐蚀产物中的一项或多项对裂纹性质进行定性判断，从而进一步准确判断裂纹出现的阶段。
上述方案进一步优选的，所述裂纹形貌分析和判断分别通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧裂纹变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断。
上述方案进一步优选的，所述裂纹形貌包括宏观裂纹形貌和微观裂纹形貌；对所述宏观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状以及裂纹形状变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断；对所述微观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物，用于对裂纹出现初始阶段进行判断。
上述方案进一步优选的，对所述宏观裂纹形貌分析和判断的步骤中，若锻造工件出现宏观裂纹形貌呈锯齿状，初步判断为淬火裂纹；若宏观裂纹形貌呈直线状，则初步判断为非淬火裂纹。
上述方案进一步优选的，对所述微观裂纹形貌分析和判断的步骤中，采用扫描电子显微镜对锻造工件的裂纹产生位置进行微观裂纹形貌观察，并获取裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物，从而可以根据微观裂纹形貌观察结果对裂纹性质进行确定性判断。
上述方案进一步优选的，所述金相组织的分析采用光学显微镜对锻造工件的裂纹附近的金相组织进行微观检测，微观检测包括检测裂纹附近是否出现白亮组织、珠光体含量是否降低以及是否呈现脱碳特征。
上述方案进一步优选的，所述硬度变化分析包括对垂直于裂纹和平行于裂纹方向进切割，每隔0.2mm至0.8mm形成一个十字交叉检测点，十字交叉检测点尽可能靠近裂纹，并采用硬度检测计对十字交叉检测点进行硬度测试，获取裂纹的硬度是否降低，用于判断裂纹附近发生了脱碳，判定为锻造裂纹。
上述方案进一步优选的，对所述十字交叉检测点进行硬度测试，获取垂直于裂纹方向变化状况，若垂直于裂纹方向自基体至裂纹方向硬度是否处于明显下降趋势，并将垂直于裂纹方向的硬度与平行于裂纹方向的硬度进行比较，从而判断裂纹附近是否发生了脱碳。
上述方案进一步优选的，若平行于裂纹方向的硬度小于垂直于裂纹方向的硬度，则裂纹附近发生了脱碳，判断为锻造裂纹；若平行于裂纹方向的硬度大于等于垂直于裂纹方向的硬度，则裂纹附近无脱碳发生，判断为淬火裂纹。
上述方案进一步优选的，对裂纹性质进行确定性判断包括如下步骤：
步骤10：采用扫描电子显微镜对裂纹附近进行扫描，检测裂纹金相组织的珠光体含量是否明显降低，珠光体含量降低到15％以下，以便确定裂纹产生于锻造阶段，以及观察裂纹形貌和检测裂纹两侧明显附着腐蚀产物，若裂纹两侧明显附着条状物质，即产生的腐蚀产物为氧化物，说明产生脱碳现象，进一步说明裂纹产生于锻造阶段；
步骤11：采用能谱分析仪对裂纹两侧明显附着条状物质进行半定量分析，确定是否为氧化物；如果氧元素含量大于1％并含有铁元素，确定为氧化物，确定裂纹产生于锻造阶段。
综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
(1)、本发明综合材料、工艺、组织、硬度、成分等各个方面的影响因素，对锻造工件裂纹产生阶段进行有效分析，可以快速、准确判断出裂纹出现的阶段，本发明判断裂纹产生阶段的分析判定方法，从而解决了现有技术中无法准确有效判断裂纹出现阶段，无法提出针对性应对措施的现状。
(2)本发明对于锻造加工并正火处理的工件的裂纹缺陷判断有效，包括石化、机械、冶金等各个行业类似的锻造工件都可以运用本方法进行分析判断，具有普遍的参考价值。
(3)、本发明可以准确的对锻造工件基体表面裂纹的形成阶段进行判定，可以准确的判定工件基体表面裂纹的形成时间是在锻造、淬火之前还是之后以及在锻造过程中活淬火过程中产生，从而有助于确定工件基体的失效原因及责任划定，以往由于没有准确判定表面裂纹的开裂的时期而无法明确责任。
附图说明
图1是本发明是为三通管件的宏观裂纹位置示意图；
图2为事故三通管件裂纹的宏观形貌状态示意图；
图3是锻造工件的裂纹附近的金相组织示意图；
图4是锻造工件的硬度测试方向示意图
图5是锻造工件的平行裂纹方向(A)硬度曲线；
图6是锻造工件的垂直裂纹方向(B)硬度曲线
图7是锻造工件的裂纹附近组织
图8是裂纹中间腐蚀产物成分分布示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
根据本发明的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，本发明以热压三通裂纹开裂的阶段判定为例，如图1所示，裂纹产生的位置示意图，某石化企业的天然气管新安装三通管件在试运行水压试验时出现泄漏，材料为20#钢，在表面渗透检验时发现三通中间表面有一条长裂纹，经磨抛处理后观察，裂纹长度约22mm，进一步检验发现裂纹已穿透，为找出三通裂纹的开裂阶段，进而为工艺改进提供有效建议，利用本发明进行分析和判定，提出热压三通裂纹整体分析策略，系统考虑两种阶段裂纹各方面的区别；结合工件材料、锻造工艺、淬火工艺进行整体分析，对裂纹进行形貌、组织、硬度、元素分布和腐蚀产物进行分析，判断裂纹出现阶段，本发明判定裂纹产生阶段的方法包括以下步骤：获取锻造工件裂纹产生位置并对工件裂纹位置进行清洗和磨抛处理，获取裂纹尺寸参数；通过锻造工件的裂纹尺寸参数对其裂纹形貌、金相组织、硬度变化、元素分布和腐蚀产物以及结合锻造工件的材料、锻造工艺和淬火工艺对裂纹进行整体分析，判断裂纹出现产生的阶段；再次结合裂纹形貌、金相组织、硬度变化和腐蚀产物中的一项或多项对裂纹组织进行分析印证，从而对裂纹性质进行定性判断，以便进一步准确判断裂纹出现的阶段，从而建立快速识别、迅速判断裂纹开裂的时期。
在本发明中，所述裂纹形貌分析和判断分别通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧裂纹变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断；所述裂纹形貌包括宏观裂纹形貌和微观裂纹形貌；对所述宏观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状以及裂纹形状变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断；对所述宏观裂纹形貌分析和判断的过程中，若锻造工件出现宏观裂纹形貌呈锯齿状，初步判断为淬火裂纹；若宏观裂纹形貌呈直线状，如图2所示，为裂纹的宏观形貌示意图，则初步判断为非淬火裂纹；对所述微观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物，用于对裂纹出现初始阶段进行判断；对所述微观裂纹形貌分析和判断的过程中，采用扫描电子显微镜对锻造工件的裂纹产生位置进行微观裂纹形貌观察，并获取裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物，从而可根据微观裂纹形貌观察结果对裂纹性质进行确定性判断，若裂纹中间颜色较深(相对于自基体颜色更深)，可判定裂纹中间出现了夹杂物；如果裂纹中夹杂物较多，可初步判定裂纹出现在早期锻造阶段，若裂纹呈直线状且没有夹杂物或者很少夹杂物，可以初步判定裂纹出现在淬火阶段。
在本发明中，所述金相组织的分析采用光学显微镜对锻造工件的裂纹附近的金相组织进行微观检测，微观检测包括检测裂纹附近是否出现白亮组织、并确定珠光体含量是否降低以及是否呈现脱碳特征，如图3所示，裂纹附近出现了脱碳区域，从图可以看出裂纹附近黑色的珠光体极少或没有；若呈现脱碳特征，初步判断裂纹为锻造成型阶段形成，后面淬火过程中出现了脱碳，为锻造裂纹；如果没有脱碳特征，初步判断为淬火裂纹。
在本发明中，所述硬度变化分析包括对垂直于裂纹和平行于裂纹方向进切割，每隔0.2mm至0.8mm形成一个十字交叉检测点，如图4所示，图中给出了裂纹的A，B两个方向的显微硬度分析示意图；十字交叉检测点尽可能靠近裂纹，并采用硬度检测计对十字交叉检测点进行硬度测试，获取裂纹的硬度是否降低(硬度降低10个HB单位以上)，用于判断裂纹附近发生了脱碳，判定为锻造裂纹；对所述十字交叉检测点进行硬度测试，获取垂直于裂纹方向变化状况，若垂直于裂纹方向自基体(基体即为不开裂的正常的位置)至裂纹方向硬度是否处于明显下降趋势，并将垂直于裂纹方向的硬度与平行于裂纹方向的硬度进行比较，从而判断裂纹附近是否发生了脱碳。若平行于裂纹方向的硬度小于垂直于裂纹方向的硬度，则裂纹附近发生了脱碳，判断为锻造裂纹；若平行于裂纹方向的硬度大于等于垂直于裂纹方向的硬度(裂纹附近硬度和基体相差不大)，则裂纹附近无脱碳发生，判断为淬火裂纹；垂直于裂纹和平行于裂纹方向(尽可能靠近裂纹)十字交叉进行硬度测试，所测试的硬度曲线分别为图5和图6所示，从图5可以看出，垂直于裂纹方向自基体至裂纹方向硬度明显下降，裂纹附近的硬度都较低，HB120-130左右，正常硬度为HB140左右，降低了10左右；，另外平行于裂纹方向的硬度较低，判断为锻造阶段发生开裂，从图6可以看出靠近裂纹位置(0.5mm)硬度较低(HB120-125左右)，远离裂纹方向硬度升高。
在本发明中，对裂纹性质进行确定性判断包括如下步骤：
步骤10：采用扫描电子显微镜对裂纹附近进行扫描，检测裂纹金相组织的珠光体含量相对于远离裂纹的组织是否明显降低，如图7所示，以便确定裂纹产生于锻造阶段，以及观察裂纹形貌(微观裂纹形貌)和检测裂纹两侧明显附着腐蚀产物，获取裂纹形状、裂纹变化和是否含有杂物，若裂纹两侧明显附着条状物质，即产生了腐蚀产物，若腐蚀产物为氧化物，进一步说明裂纹产生于锻造阶段；本发明采用扫描电子显微镜对裂纹附近组织进一步确认，珠光体含量明显降低珠光体含量(降低到15％以下)即说明产生脱碳现象，进一步说明裂纹产生于锻造阶段；另外，如图7所示，发现裂纹两侧明显附着条状物质，即氧化物，进一步说明裂纹产生于锻造阶段。
步骤11：采用能谱分析仪对裂纹两侧明显附着条状物质进行半定量分析，确定是否为氧化物；如果氧元素含量很高(大于1％)并含有铁元素，确定为氧化物，确定裂纹产生于锻造阶段；采用能谱分析对裂纹两侧明显附着条状物质进行半定量分析，即产生了腐蚀产物，确定是否是氧化物(若腐蚀产物为氧化物)，如果氧元素含量很高，又含有铁等金属元素，确定为氧化物，确定裂纹产生于锻造阶段，如图7琐事，对裂纹附近的腐蚀产物进行能谱分析，说明产生脱碳现象。具体分析方法为，依据能谱标准，用能谱分析仪对裂纹内部靠近两侧边缘进行分析。如图8所示，裂纹中间附着物质为氧化物，从而判定裂纹为锻造过程中产生，裂纹中腐蚀产物成分中的氧含量较高(54.5％)，为氧化物，作为裂纹是锻造阶段产生的证据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：包括以下步骤，
获取锻造工件裂纹产生位置并对工件裂纹位置进行清洗和磨抛处理，获取裂纹尺寸参数；
通过锻造工件的裂纹尺寸参数对其裂纹形貌、金相组织、硬度变化、元素分布和腐蚀产物以及结合锻造工件的材料、锻造工艺和淬火工艺对裂纹进行整体分析，判断裂纹产生的阶段；
再次结合裂纹形貌、金相组织、硬度变化和腐蚀产物中的一项或多项对裂纹性质进行定性判断，从而进一步准确判断裂纹出现的阶段。
2.根据权利要求1所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：所述裂纹形貌分析和判断分别通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧裂纹变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断。
3.根据权利要求2所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：所述裂纹形貌包括宏观裂纹形貌和微观裂纹形貌；对所述宏观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状以及裂纹形状变化状态，实现对裂纹出现初始阶段进行判断；
对所述微观裂纹形貌分析和判断通过观测和记录锻造工件的裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物，用于对裂纹出现初始阶段进行判断。
4.根据权利要求1所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：对所述宏观裂纹形貌分析和判断的步骤中，若锻造工件出现宏观裂纹形貌呈锯齿状，初步判断为淬火裂纹；若宏观裂纹形貌呈直线状，则初步判断为非淬火裂纹。
5.根据权利要求3所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：对所述微观裂纹形貌分析和判断的步骤中，采用扫描电子显微镜对锻造工件的裂纹产生位置进行微观裂纹形貌观察，并获取裂纹两侧呈现的裂纹形状、裂纹走向变化、裂纹颜色变化状态以及裂纹中是否含有杂物。
6.根据权利要求3所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：所述金相组织的分析采用光学显微镜对锻造工件的裂纹附近的金相组织进行微观检测，微观检测包括检测裂纹附近是否出现白亮组织、珠光体含量是否降低以及是否呈现脱碳特征。
7.根据权利要求1所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：所述硬度变化分析包括对垂直于裂纹和平行于裂纹方向进切割，每隔0.2mm至0.8mm形成一个十字交叉检测点，十字交叉检测点尽可能靠近裂纹，并采用硬度检测计对十字交叉检测点进行硬度测试，获取裂纹的硬度是否降低，用于判断裂纹附近发生了脱碳，判定为锻造裂纹。
8.根据权利要求7所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：对所述十字交叉检测点进行硬度测试，获取垂直于裂纹方向变化状况，若垂直于裂纹方向自基体至裂纹方向硬度是否处于明显下降趋势，并将垂直于裂纹方向的硬度与平行于裂纹方向的硬度进行比较，从而判断裂纹附近是否发生了脱碳。
9.根据权利要求8所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：若平行于裂纹方向的硬度小于垂直于裂纹方向的硬度，则裂纹附近发生了脱碳，判断为锻造裂纹；若平行于裂纹方向的硬度大于等于垂直于裂纹方向的硬度，则裂纹附近无脱碳发生，判断为淬火裂纹。
10.根据权利要求1所述的一种判定锻造工件裂纹产生阶段的方法，其特征在于：对裂纹性质进行确定性判断包括如下步骤：
步骤10：采用扫描电子显微镜对裂纹附近进行扫描，检测裂纹金相组织的珠光体含量是否明显降低，珠光体含量降低到15％以下，以便确定裂纹产生于锻造阶段，以及观察裂纹形貌和检测裂纹两侧明显附着腐蚀产物，若裂纹两侧明显附着条状物质，即产生的腐蚀产物为氧化物，说明产生脱碳现象，进一步说明裂纹产生于锻造阶段；
步骤11：采用能谱分析仪对裂纹两侧明显附着条状物质进行半定量分析，确定是否为氧化物；如果氧元素含量大于1％并含有铁元素，确定为氧化物，确定裂纹产生于锻造阶段。
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