鍛模鋼的超聲波探傷
在模鍛生產(chǎn)中，模具是其中非常重要的一個環(huán)節(jié)，其工作條件之惡劣，承受應力之復雜，要求之苛刻，是眾所周知的。尤其在航空鍛件生產(chǎn)中，鍛件材料往往是復雜的合金材料，抗變形強度大，因而對鍛模的要求就更為嚴格。
為了提高模具壽命，人們往往重視鍛模鋼材料的選擇、制模工藝、熱處理制度的確定等等，而對采用超聲波探傷手段剔除影響模具壽命的冶金缺陷等隱患重視不夠。實際上，鍛模鋼中諸如白點、殘余縮孔、氣泡、夾雜物、翻皮、裂紋、嚴重疏松等冶金缺陷以及熱加工過程中產(chǎn)生的折疊、粗晶等都直接影響模具的壽命，有些甚至在鍛模加工或淬火時就引起破損，不但浪費了大量的制模工時和人力，而且常常影響生產(chǎn)計劃的按期完成，尤其是形狀復雜、加工周期長的模具表現(xiàn)得更為顯著。
由于內(nèi)部缺陷引起模具早期破損的例子很多，僅從我廠實踐中舉出幾例：
（1）三噸模鍛錘上一套5CrNiMo鑲塊模，僅鍛造了48件鋁鍛件就破裂成兩半，從斷口上可明顯見到萘狀粗晶。
（2）西德進口的WNr2713棒材（Φ230mm）在鍛制模塊毛坯時破裂，檢查結(jié)果為白點。見后面實例照片。
（3）三噸模鍛錘上一套5CrNiMo整體模塊加工完成后，在淬火時開裂，檢查結(jié)果為內(nèi)部缺陷引起。
實例很多，不逐一列舉?？偠灾?，在鍛模毛坯階段先用超聲波探傷來剔除的做法，是完全有必要的，上述各種冶金缺陷完全可以用超聲波探傷手段來發(fā)現(xiàn)。
當鍛模已加工出抬?？?、燕尾、止動扣，甚至型腔以后，再進行超聲波探傷時，往往因形狀的影響而產(chǎn)生變型波、遲到波等干擾，妨礙探傷時的缺陷判別。在毛坯階段時，因為形狀簡單（一般為方塊或圓餅等形狀），大大簡化了超聲波探傷的操作，并且節(jié)省了機械加工的人力、物力。我廠就是在毛坯上直接進行超聲縱波脈沖反射法毛面探傷，俗稱黑皮探傷。
我廠的鍛模鋼材料主要是5CrNiMo、3Cr3Mo3VNb、4Cr5W2VSi以及一部分西德的WNr2713和日本的SKT4。模塊的種類有13~150Kg的鑲塊模（本廠自行用電弧爐冶煉、制錠，經(jīng)開坯鍛造制成），整體模（外購毛坯，重量最大約達5噸），還有一部分為外購鍛模鋼棒材自行改鍛成模塊，均經(jīng)超聲波探傷合格后才投入制模工序。
我們使用Φ20mm，2.5MHz單直探頭，30#~40#機油耦合，接觸法。對于方形毛坯，進行X、Y、Z三個相鄰側(cè)面掃查（在必要時，如為了確證缺陷位置等，則再加上相對面的掃查）；對于圓餅形毛坯，則以圓周360°和一個平面為掃查面；對于方形或矩形截面的長條鋼坯則掃查相鄰的兩側(cè)面；對于圓截面棒料則沿圓周面360°掃查。三噸錘以上用的大型整體模塊毛坯則一般選垂直于金屬流線方向的一個大平面為掃查面。上述的探測方向已基本上能保證發(fā)現(xiàn)一般常見的冶金缺陷。
在進行超聲波探傷前，應清理毛坯表面，除去松動的氧化皮、砂土等污物。毛坯一般是在鍛后退火狀態(tài)下探傷，但對于某些鋼種，例如3Cr3Mo3VNb，由于其退火后氧化皮很厚，較難**，我們也在鍛后冷卻下來未退火前，只要熱處理周期允許的情況下進行探傷（我們發(fā)現(xiàn)這樣的探傷結(jié)果與退火后探傷沒有多大差異）。另外，鍛模毛坯的表面應當平整，不應有太多的凹凸不平，否則不利于探傷時的聲耦合傳遞，妨礙探傷的正常進行。
由于采用平底孔試塊調(diào)整儀器靈敏度及評定缺陷大小時，除了平底孔的加工困難以外，所用的試塊要求與被檢材料同牌號、同規(guī)格、同形狀與同狀態(tài)（包括熱加工狀態(tài)和表面狀態(tài)），并且要制備多種聲程、孔徑等等，使得試塊的制備有許多困難，實際使用起來也極不方便。我們目前均使用汕頭產(chǎn)的CTS-8A型便攜式晶體管超聲波探傷儀，利用該機附帶的AVG曲線面板直接在被檢模塊上調(diào)整起始靈敏度和對缺陷作當量評定，操作簡便、效果良好。
關(guān)于鍛模鋼超聲波探傷的驗收標準，我廠的做法是：
（1）3Cr3Mo3VNb鍛模鋼的超聲波探傷已制定了航空工業(yè)部標準（HB/Z5141-80），判廢標準為Φ3.2mm直徑平底孔當量。
（2）4Cr5W2VSi和5CrNiMo鑲塊模的超聲波探傷驗收標準與3Cr3Mo3VNb相同，此外，我們還要求對模塊在退火狀態(tài)下檢查粗晶和嚴重疏松，利用的是底波衰減分貝法。關(guān)于這方面的詳細介紹可參閱《無損檢測》雜志1980年第四期上發(fā)表的“用超聲衰減法檢查鍛模鋼粗晶”。
（3）對于三噸模鍛錘以下的整體模塊，主要以JB2674-80為基礎(chǔ)，控制在100cm2面積內(nèi)Φ2~Φ4mm直徑平底孔當量的缺陷不超過三個，其中Φ3~Φ4mm的缺陷只允許有一個。對于三噸~十噸模鍛錘的整體模塊，則控制在100cm2面積內(nèi)Φ3~Φ6mm缺陷不超過四個，其中Φ6mm缺陷只允許有一個。
此外，當探傷人員有足夠的把握確認存在白點、裂紋、縮孔等缺陷時，該模塊判廢。外購的鍛模鋼棒材、方鋼坯等也按Φ3.2mm直徑平底孔當量為判廢標準。