机车电机转轴42CrMo超声波探伤缺陷分析

潘小娟， 李 军， 杨彦中

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 030003）

机车电机转轴42CrMo超声波探伤缺陷分析

潘小娟， 李 军， 杨彦中

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 030003）

对机车电机转轴42CrMo超声波探伤缺陷进行了低倍组织、化学成分、微观分析、金相组织、断口形貌等分析。结果表明，电机转轴钢质纯净，化学成分、金相组织无异常，低倍组织存在锻造偏心、锭型偏析、裂纹；缺陷是由于锻圆加热温度不均匀使得在锻造过程中金属流向不均匀而导致材料变形不均匀造成的。

电机转轴 42CrMo 超声波探伤 缺陷分析

机车电机转轴是机车的关键零部件之一，因此要求其产品质量很高。机车电机转轴超声波探伤检验要求达到GB/T6402的最高质量等级4级，即单个点状不连续的当量直径不大于Φ3 mm，长条或密集型点状不连续的当量直径不大于Φ2 mm。

1 缺陷描述

太钢开发的电机转轴用42CrMo锻件，直径为Φ300 mm，一直以来质量稳定。但在2013年初，根据用户反映，使用本公司生产的电机转轴用42CrMo锻件，锻造、机加工为电机转轴后，在超声波探伤检验过程中发现多支转轴探伤缺陷超标被判废，超声波探伤缺陷均出现在轴锥处（小头端），表现为缺陷当量大于Φ3 mm（超标）或底波消失。用户电机转轴加工工艺流程为：锻圆→下料→锻造→粗车→调质→精车→超声波探伤→粗磨→磁粉探伤。我们选取了3支缺陷严重的电机转轴，编号分别为174-473、187-074、171-473（编号中的473、074为本公司炉号，174、187、171为用户热处理批次号），采用超声波探伤确定缺陷位置并在其缺陷部位锯切试样，通过低倍组织检验、成分分析、金相夹杂物观察、金相组织观察、扫描电镜断口观察等方法对缺陷原因进行了分析，并提出了预防措施。

2 缺陷分析

2.1 缺陷宏观形貌

图1、图2、图3分别为174-473、187-074、171-473转轴缺陷的宏观形貌。174-473的试样在锯切横断面半径1/2附近发现肉眼可见的长条形裂纹，裂纹宽约0.2 mm，长约40 mm；187-074的锯切横断面肉眼可见弯曲的长条形裂纹，裂纹宽约0.3 mm，长约40 mm；171-473的轴料在缺陷部位锯开后，肉眼未发现裂纹，渗透后心部区域存在密集的细微裂纹。

图1 试样174-473

图2 试样187-074

图3 试样171-473

2.2 低倍组织分析

对编号为174-473、171-473的转轴在缺陷部位制备低倍试片，按照标准GB226进行横截面酸浸低倍组织检验。其中174-473存在严重的锭型偏析，偏析级别为3级，且偏析呈现明显的偏心特征（见图4），为热加工缺陷特征。171-473的低倍组织中心疏松2.0级，未超出标准要求（见图5）。下页表1列出了42CrMo锻件低倍组织级别要求及本公司473炉号的出厂检验结果、用户加工后的电机轴缺陷部位低倍组织检验结果。

图4 174-473的低倍组织

图5 171-473的低倍组织

缺陷转轴低倍组织检验结果表明，该缺陷为热加工缺陷，是在加热、锻造过程中由于材料加热温度不均匀使得金属流向不均匀而造成材料变形不均匀，最终导致锻造偏心、偏析缺陷并在偏心、偏析区域产生裂纹。

表1 低倍组织级别

2.3 化学成分分析

对编号为174-473、187-074的试样进行了边部、半径1/2处、心部的光谱成分分析，见表2。可以看出，174-473、187-074的成分都在标准范围内，其中w（C）偏析最大为0.01%（GB 222—2006规定w（C）的成品成分允许偏差为±0.02%），化学成分无异常。

表2 成分分析 %

2.4 缺陷微观分析

图6、图7、图8分别为缺陷试样174-473、187-074、171-473在电子显微镜下的微观分析照片。由图可看出，试样174-473、187-074、171-473均存在多处裂纹，裂纹处未发现氧化痕迹，没有过热过烧的特征，且裂纹周围干净，均未发现夹杂物。

图6 174-473的微观分析

图7 187-074的微观分析

2.5 金相组织分析

图9、图10、图11分别为缺陷试样174-473、 187-074、171-473在电子显微镜下的金相组织照片。由图可看出，试样组织为回火索氏体，裂纹周围未发现脱碳、过烧等组织异常。用户电机转轴的调质处理工艺为840～860℃淬火+540～680℃回火，正常组织为回火索氏体。

图8 171-473的微观分析

图9 174-473的金相组织

图10 187-074的金相组织

图11 171-473的金相组织

2.6 断口扫描电镜分析

对锯切后有明显肉眼可见裂纹的试样187-074进行了断口扫描电镜观察，见图12。由图可看出，试样断口呈现疏松类特征，未发现夹杂物及其他缺陷特征。

图12 187-074的断口形貌

3 结论

1）电机转轴钢质纯净，成分、组织正常，低倍组织存在锻造偏心、锭型偏析、裂纹。这是由于锻造工序加热过程中锻圆加热温度不均匀，在锻造过程中金属流向不均匀使得材料变形不均匀，造成锻造偏心、偏析，并在偏心、偏析区域产生裂纹。

2）建议用户在锻压车间增加必要的加热温度等关键参数的检测、记录仪器设备，保障生产过程的稳定、受控。

（编辑：胡玉香）Defects of Ultrasonic Inspection on Traction Motor Rotation Shaft 42CrMo

PAN Xiaojuan，LI Jun，YANG Yanzhong
（Technology Center of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The macrostructure，chemical analysis，microcosmic analysis，metallographic phase，and fracture morphology for the defects of ultrasonic inspection on traction motor rotation shaft 42CrMo steel were analyzed.The results show that the steel is pure and chemical composition，metallographic structure have no defect.The macrostructure has defects of forging eccentricity，ingot segregation，and cracking.Due to uneven heating temperature of forged round，and uneven flow of metal in the forging process，the uneven deformation of the material causes defects.

traction motor rotation shaft，42CrMo，ultrasonic inspection，defects analysis

TG115.28+5

A

1672-1152（2016）05-0013-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.05

2016-10-08

潘小娟（1980—），女，硕士，工程师，主要从事钢铁材料的冶金、热加工、热处理工艺研究及产品研发工作。