关键词：沉淀硬化不锈钢；磁粉检测；铁素体；微观组织；纯洁度
航空马氏体析出硬化不锈钢在磁粉检测中的条、片、长直线磁迹。分析了不同磁标志的特征和微观结构，确定了磁标志的性能。结合不同热处理条件下的磁性能分析，建立了磁粉纯度检测的工艺流程和磁标志的鉴别方法。研究发现，在磁粉检测过程中，沉淀硬化不锈钢的磁迹主要是由铁素体和组织的不均匀性引起的。研究结论为航空制造过程中磁性痕量的测定提供了依据，并制定了航空制造过程中析出硬化不锈钢磁性颗粒检测标准，以保证磁性颗粒检测的顺利进行。
一、概述
15-5PH钢具有高强度、好的横向韧性,热处理工艺简单,变形小,使用性能、工艺性能兼备等特点,已在飞机、舰船、导弹壳体等关键部件上得到广泛的应用。随着航空技术的飞速发展,钢在飞机上所使用的比重逐渐降低,因此需要高强度的钢材来实现飞行件结构上的减重,近年来,一些(超)高强度钢种的国产化进程进入了空前的快速发展阶段,特别是沉淀硬化不锈钢。
二、实验材料与方法
取样方法和磁粉检测方法按照AMS 2300标准执行。对发现可疑磁痕显示的试样进行固溶和时效热处理后再进行磁粉检测来对比分析热处理前后的磁痕显示情况，同时利用金相试验确定组织结构形貌，确定磁痕形成的原因。分别对退火、固溶以及时效热处理后的15-5PH钢材料取样，制作成用于测量其磁特性的环形试样，尺寸为外径50mm，内径40mm，高度5mm。然后使用磁滞回线测试系统测量各个状态下的磁特性参数和磁化曲线，然后结合磁痕性质确定磁粉检测工序。
三、结果与分析
1.15-5PH钢材料的磁特性测试试验。表1为退火，固溶和时效后15-5PH钢材料的磁特性参数(最大磁感应强度Bs，剩磁Br，矫顽力Hc，最大磁导率μm，最大相对磁导率μrm)。
表1不同热处理状态磁特性参数
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可以看出，固溶状态下的磁导率和最大磁感应强度较退火或时效状态下的磁导率和最大磁感应强度低很多，因此在固溶状态下磁粉检测的灵敏度会显著降低。
2.15-5PH钢磁粉检测。在15-5PH钢供应态(退火态)试样磁粉检测过程中，发现了三种类型的磁痕显示，分别为长条状、片状和长直的磁痕显示，对应的试样编号分别为1#，2#，3#。a为1#试样长条状显示，三种类型磁痕显示(a)长条状;(b)片状;(c)长直状。磁痕宽度约为0．5mm；b为2#试样片状显示，长度和宽度相近，均在2～3mm之间；c为3#试样长直显示，宽度约为0．3mm。长条状和片状的磁痕显示较为清晰且容易形成显示，而长直磁痕显示较为模糊，通以较大电流时才会显示清晰。对长条状1#试样磁痕部位取样进行微观组织观察，发现大量的铁素体存在，形貌与磁痕显示一致，宽度约为10μm。采用电镜扫描方法对试样进行扫查，进一步确定了磁痕显示原因为线性铁素体以及基体为马氏体组织。
对片状磁痕显示部位取样进行微观分析，发现组织不均匀，形貌与磁痕显示一致，可以看出经过腐蚀后主要分为白亮区域和较暗区域，较暗区域分散分布于白亮区域中间，长宽尺寸相近，约为500μm。可以看出不同颜色区域均为马氏体组织，但形貌有所不同，对长直磁痕显示部位取样进行微观分析，发现铁素体存在，形貌与磁痕显示一致，宽度在5μm左右。可以看出与长直状磁痕显示情况基本一致，但其铁素体的聚集程度没有试样严重。可看出铁素体Cr含量达到了23%，高于含量为15%的正常值，其他各点含量均正常。对三个试样进行固溶热处理后再进行磁粉检测，发现磁痕显示均已消失不见。
采用金相手段对1#，2#和3#试样取样，发现三个试样的组织结构均为马氏体组织，其中3#试样有少量铁素体存在，宽度在1～2μm之间，铁素体的尺寸较固溶之前大大的减小。
由固溶态磁特性参数可知，该状态下的磁导率较低，3#试样铁素体条带宽度在1～2μm之间，而磁粉检测的最小理论宽度约为1μm，可见铁素体条带宽度已接近最小可检尺寸，加之该状态下磁导率较低，降低了磁粉检测的灵敏度，进而经磁粉检测后未出现磁痕显示。由此可知磁导率的降低影响了检测结果，因此需要通过调整热处理状态使其磁导率增大后再进行磁粉检测来进一步验证磁粉检测磁痕显示情况，因此对1#，2#和3#试样进行时效热处理后进行磁粉检测，检测结果可以看出，经过时效热处理后，1#，2#和3#试样与固溶状态一样仍未发现磁痕显示，足以说明其组织是比较均匀的，而铁素体的少量聚集也不足以形成磁痕显示。通过对15-5PH沉淀硬化不锈钢磁粉检测和金相组织分析发现，1#和3#试样中存在条状的铁素体，沿轧制方向。铁素体中Cr元素较高，Ni较低，合金在冶炼时由于成分的差异会形成铁素体，且将一致保留下来。2#试样组织成分较为均匀，均为马氏体组织，但低倍腐蚀后形貌类似于铸造晶粒形态，固溶或时效热处理之后就会消失。因此微观组织结构不同造成了不同磁导率的差异，进而形成了磁痕显示。在原材料状态下由于铁素体的聚集容易造成磁痕显示，严重影响原材料纯洁度的磁粉检测判定，而固溶或时效热处理后铁素体的聚集程度降低不足以形成磁痕显示。因此为避免铁素体磁痕的对检测判定的干扰，应该将纯洁度工序安排在固溶或时效热处理后进行。但由于固溶状态下的磁导率较低，检测灵敏度大大降低，严重影响磁粉检测结果。因此在对15-5PH沉淀硬化不锈钢纯洁度进行检测时，如果发现可疑磁痕显示应该将试样进行固溶+时效热处理之后再进行磁粉检测。
总之，15-5PH沉淀硬化不锈钢组织中线状铁素体聚集是在磁粉探伤工序检查时出现类似金属轧制流线长条或长直线性显示的原因。15-5PH沉淀硬化不锈钢原材料检测时出现的成片的磁痕显示均为组织结构不均匀造成的。在对15-5PH钢原材料进行纯洁度磁粉检测时，如果发现可疑磁痕可通过对试样进行固溶和时效热处理来判定磁痕显示的性质。
参考文献：
［1］芹振宝，梁宏宇，刘志勇，等．浅谈15-5PH沉淀硬化不锈钢磁粉检测磁痕分析.2019.
［2］王鹏，李红艳，等．分析15-5PH沉淀硬化不锈钢磁粉检测磁痕．2019.
论文作者:关雪松
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：试样论文; 磁粉论文; 磁导率论文; 时效论文; 不锈钢论文; 组织论文; 条状论文; 《科学与技术》2019年20期论文;