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模锻件质量检验的主要方法

发布时间:2017-3-5

  模锻的目的,是为了获得外形尺寸和内部组织性能合格的模锻件。因此,必须根据模锻件技术条件的要求,做相应的质量检验。实际上,模锻件的质量检验不仅是指出厂前的最终检验。在大批量的模锻生产中,工艺过程一般都很复杂,包括许多工序和环节。任何一个环节出现质量问题,都可能使前面的工作徒劳无功、后续的工作无法进行,造成大量损失和生产的停滞。因此,工艺设计、施工过程与检验工作是不可分割的整体,必须配备计量和检验部门,对于每一个生产环节,都进行质量检验,形成质量监控体系,严格控制各道工序的质量;进一步对于所有的质量检验数据,实行科学的管理和利用,例如建立质量管理数据库,与各种企业信息化措施集成为一体发挥作用,不断改进生产工艺,提升企业生产水平。
  例如,叶片精锻的生产工艺流程,从下料到锻件入库共有数十道工序:毛坯化学成分和表面质量检验、精确下料、表面清洗、表面酸蚀清理、浸涂玻璃润滑剂、外观检查、加热、挤压杆部、检查挤杆质量、吹砂、酸蚀处理、浸涂玻璃润滑剂、加热、镦粗头部、表面质量检验、抛光、超声波洗涤、酸蚀处理、静电喷涂玻璃润滑剂、检验、加热、预锻、检验、吹砂、酸蚀处理、静电喷涂、加热、终锻、检验、吹砂、滚光、加热、切边、检验、三氯乙烯清洗、检验、校正、时效、检验、抛光、检验、吹砂、酸洗清理、检验、入库等。可见,在锻件成形的基本工序之间穿插了十多道检验工序。
  包括外观质量检验和内部质量检验两部分内容,各自具体又包括众多的检验项目。
1.化学成分检查
  一般锻件不进行化学成分检查,化学成分是以冶炼时炉前取样分析为准。但是对重要的或可疑的锻件,可从锻件上切下一些切屑,采用化学分析或光谱分析方法检验化学成分。
2.尺寸和形状检查
  (1)外观目测检查这是工序间检验常用的方法,凭肉眼观察锻件表面是否有折叠、裂纹、压伤、斑疤、表面过烧等缺陷。锻件表面隐蔽较深的缺陷,常在热处理并清理后进行观察。
  (2)尺寸测量检查包括:长、宽、高尺寸;平面的平行度、垂直度;轴线的弯曲度;内外圆的椭圆度;圆角半径;同心度;夹角和错移量等。锻件尺寸的检验是经常性的,测量用的工具分为通用性的和专用的。通用测量工具有卡尺、卡钳、游标卡尺等。生产量大时应该使用专用工具,如卡规、塞规、样板、专门夹具等。锻件要求进行精确尺寸检验时,除了可以用划线检查和专门样板外,可以采用由计算机进行控制和分析处理的检验仪器,或采用光学比较仪、光学投影仪作有关尺寸检查。
  (3)模具结构检查 为了保证模锻件的尺寸和形状,还应该检验模具结构。新锻模(或翻新后)的终锻模膛和预锻模膛,投入生产使用前,应该浇注铅样,或者浇注2份硝酸钠和1份硝酸钾组成的混合金属盐铸件,检查样件形状、飞边状态等,据此判断模膛设计是否合理。酸洗后的第一批锻件,要检查充满情况和是否存在折叠,以便确定锻模圆角、凸缘、筋部等设计的正确性。此外,也应该检查精密锻件的切边质量,以便确定切边模设计或安装上存在的质量问题。
3.力学性能检验
  根据锻件的重要性及材料特性来确定检验项目。力学性能试样必须从同一熔炼炉,同一热处理炉中取出的锻件上切取。试样切取、试样形状尺寸、检验方法均按国家标准规定进行。
  (1)硬度试验硬度试验是生产中常用的、判断锻件力学性能最简便的方法。硬度试验的目的是:保证锻件机械加工时有正常的切削性能;判断锻件表面的脱碳情况;了解锻件内部组织的不均匀程度。硬度试验一般在锻件热处理后进行,可使用布氏硬度或洛氏硬度计等。
  (2)拉伸试验测定在单向静拉力下的屈服极限仃。、强度极限crb、延伸率艿及截面收缩率等。
  (3)冲击试验用来检验材料或锻件的韧性。工作时受冲击载荷与振动载荷,或在高温、高速下工作的零件,如涡轮盘、涡轮叶片等,一般需要进行冲击试验。
  (4)其他试验对一些重要或大型的模锻件,或者在特殊条件下工作的锻件,根据需要还应进行疲劳、弯曲、扭转、高温蠕变与持久强度等试验。
4.表面探伤检验
   (1)磁粉检验可以检查锻件表层的微小缺陷,如发裂、折纹、夹杂等。只能用于铁磁性材料,而且锻件表面要求平整光滑。磁粉检验的原理是:将锻件放在两磁极间,将有磁力线均匀通过。若锻件内有裂纹、气孔、非磁性夹杂等存在,则磁力线将绕过这些缺陷而弯曲现象。若缺陷在表面上,则磁力线将漏到空气中,绕过缺陷,再回到锻件上。这种现象在漏磁部位产生一个局部磁极。当移去外加磁极后,局部磁极仍保持相当长的时间。若把磁粉洒在锻件表面,则磁粉被吸引于漏磁处,堆集成与缺陷大小和形状相似的痕迹。但是如果缺陷深,磁力线就不会漏到锻件表面之外,无法产生局部漏磁磁极,不能显示锻件内部的缺陷,这是磁粉探伤的局限性。
  检验时多采用湿磁粉方法,将磁粉悬浮在煤油或含有防蚀剂的硫酸钠水溶液中,把磁粉液喷在磁化锻件上。为了便于机械切削加工,检验后还需要进行退磁处理。
  (2)荧光检验荧光检验用于检查非磁性金属锻件的表面缺陷。原理是用荧光液渗透到锻件的裂纹中,借助显示前,在紫外线的照射下,锻件缺陷处便发出清晰的荧光。可以显示肉眼看不到的宽度小于0.005mm的表面裂纹,适用于各类金属材料和大小不同的锻件。
  荧光检验前应做好准备工作:清除锻件表面的氧化皮、油污等;将锻件浸入荧光液冲,或将荧光液喷涂在锻件表面,借助毛细管作用渗入裂纹内;锻件经荧光液渗透后,将表面上附着的荧光液清洗净;涂上一层显示剂,然后吹干或擦干。将锻件置于荧光探伤仪的紫外线照射下,荧光液激发产生荧光,把缺陷显示出来。
5.超声波检验
  超声波检验与荧光检验都属于无损检验方法。超声波检验能迅速而准确地发现锻件内部的宏观缺陷,如裂纹、夹杂、缩孔、白点以及气泡的形状、位置和大小。但是对缺陷性质不易判断,必须配合以标准检验试样余块或积累经验进行推断。被检验表面要求有R。=6.3~1.6um的表面粗糙度。
  超声波检验的原理是通过石英转换器,将电能转化为高频率脉冲超声波,射入锻件内部。由于超声波具有不能穿透固体一气体界面的特性,因此,当超声波遇到内部缺陷,便会反射回来。如超声波没有遇到缺陷,则一直射到锻件底部才反射回来。反射回来的超声波脉冲讯号被探伤仪接收,通过转换、放大、检波输送到示波器的荧光屏上,以振幅的形式显示,如图6-35所示。在超声波刚射入锻件表面时,将出现始面波峰A,当超声波在内部遇到缺陷时,会出现缺陷波峰B,射到底面反射回来的超声波,又出现底面波峰C。因此,在移动探头进行探测时,如果锻件内部没有缺陷,荧光屏上只有始波和底波。一旦超声波遇到了缺陷,在始波与底波间便会出现缺陷波。
  根据缺陷波与始波和底波之间的距离,便可测定出缺陷的相对位置。而缺陷波峰的大小,则将显示出该缺陷的大小。
6.低倍组织检验
  低倍组织检验是用肉眼或借助低倍放大镜,观察锻件表面或截面上的宏观组织。
  (1)酸蚀检验腐蚀检验是利用酸液显示宏观组织。可以检验锻件的流线、偏析、缩孔、空洞、白点、夹杂、裂纹等。
  对于中小型锻件,一般取横向试样,检验整个截面的质量情况;切取纵向试样可以检验分布、非金属夹杂等缺陷;若要检验表面裂纹及淬火软点,则应保留锻件外表面做酸蚀;大锻件要做无损检验,可在锻件边角区域的表面,用胶泥作挡墙形成酸池,然后进行检验。
  酸蚀方法分为热酸蚀和冷酸蚀。热酸蚀适用于中小型锻件。钢锻件一般用1:1的工业浓盐酸水溶液,工作温度为65~80。C,浸蚀时间为lO~30min。冷酸蚀多用于大型锻件,用棉纱蘸上冷酸蚀剂在锻件表面擦拭,直至宏观组织显示为止。对一般钢锻件,冷酸蚀剂为5%~10%硝酸水溶液,或10%~20%过硫酸氨水溶液;对于不锈钢及高铬合金钢、高铬镍合金钢,可采用1份硝酸加2份盐酸(SE水)。
  (2)断口检验可以检查锻件由于原材料问题,或加热、锻造、淬火热处理原因造成的缺陷。如萘状断口、石状断口、层状组织、白点、内裂、非金属夹杂等。层状组织的断口无光泽,呈木层状,主要是由于原材料存在缺陷引起的,常在钢材的轴心部位上,而且在热轧并经淬火后才出现。
  (3)硫印检验硫印检验是利用照相纸与硫化物的作用,检查锻件中硫化物杂质及其分布情况,同时也可以间接地判断其他元素在钢中的分布。当原材料含硫量过大或硫化物偏析严重时,才进行硫印检验。
7.微观(高倍金相组织)检验
  在光学显微镜下,观察锻件切片试样的金相组织及各种微观缺陷,显示偏析及一些化合物的分布,并可进行晶粒度和非金属夹杂评级。微观检有助于了解微观组织和锻件性能的关系。
  试样切取的部位和方向与检验目的有关:检验金相组织、夹杂物、带状组织伸长或破碎情况,可以切取纵向试样;检验脱碳、折纹、过烧、表面淬透性、渗碳层深度等,应切取横向。试样;检验晶粒度,可按规定切取试样。切取试样宜采用锯、刨等机械切割方法,并严格按照金相试样制备要求操作,使试样观察部位保持原来的组织状态。
8.残余应力检查
  在锻造生产过程中,由于变形不均匀、温度不均匀、相变不均匀等都会引起内应力,最终存留在锻件内部成为残余应力。
  如果锻件内部存在过大的残余应力,在机械加工时,会由于残余应力失去平衡,而使零件产生变形,影响装配;在零件使用过程中,残余应力和工作应力叠加还会造成零件失效,甚至损坏整个机器。因此某些重要的锻件(例如航空、航天、军工、电站用锻件),在技术条件中对残余应力有严格的规定。
  测量残余应力的方法有X射线法、镗孔法和切环法。生产中常用切环法:即在锻件上切取应力环,准确测量切环前后应力环尺寸的变化,然后按应力应变关系,便可算出残余应力的大小。
  随着现代技术的发展,锻件质量检验分析的装备和技术也随之不断进步(如电子显微分析技术、计算机检测分析技术等),向着更精确、更快速和高效率的方向发展。


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