一种工件的弧面缺陷检测方法与流程

本发明属于试样抛光技术领域，特别涉及一种工件的弧面缺陷检测方法。

背景技术：

钢材在生产制造过程中一般会沿某个特定的方向变形较大，通常会沿轧制方向变形量大，而与轧制方向垂直的方向上变形量很小，因此，工件表面的缺陷一般会有明显的方向型，缺陷往往表现为细长型。一般金属零件精加工完成后会采用磁粉探伤的方法对零件表面进行检测，以避免零件表面存在影响零件性能或寿命的缺陷。虽然通常精加工后零件表面质量较好，但是因此磁粉探伤检测的灵敏度极高，依然可以检测到长度在2mm以内的显微缺陷。

磁粉探伤检测只能发现零件表面缺陷是否存在，具体为哪种类型的缺陷，该缺陷由什么原因引起的却无法进一步准确判断。但是，在实际的零件分析处理过程中，需对缺陷的性质以及产生缺陷的原因进行准确的判断，进而进一步对零件进行处置。

一般而言，为了确定缺陷的性质，会截取缺陷的横截面，研磨、抛光后观察。但是，通常对于抛光的试样选择均为平面试样，而对于特制的弧面试样或者直接从生产工件上截取的试样的弧面进行抛光检测，却存在较多难题，一方面在于，为了防止破坏缺陷位置，往往抛光不到位效果不佳；另一方面，抛光过度，导致缺陷位置被磨损，无法进行正常缺陷分析；第三，抛光不均匀，导致金相观察效果欠佳。

中国专利cn108115547a公开了一种抛光方法和抛光设备，和目前市面上的弧面抛光设备功能类似，都是为降低工件表面粗糙度而进行的抛光，抛光精度有限，无法满足金相检测中需要试样表面抛光成镜面的高精度抛光。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种工件的弧面缺陷检测方法，能够实现工件弧面缺陷位置的镜面抛光，进而对于缺陷进行高精度的金相显微组织检测及分析，提高工件弧面缺陷检测的精度和准确性。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种工件的弧面缺陷检测方法，包括：

磁粉探伤检测，确定缺陷位置；

取样；

对缺陷部位进行手动抛光，抛光过程中，试样与抛光机台面为线接触，手持试样的施力方向始终与抛光机的台面所在平面的负方向呈45-60°夹角；

采用金相显微镜或者扫描电镜对缺陷部位进行观察。

在上述检测方法中，优选地，所述取样时，所述缺陷位置位于试样弧面的最高点。

在上述检测方法中，优选地，所述抛光分两个阶段进行：

第一阶段，抛光时，抛光机的转速小于200转/分钟，确定抛光的方向；

第二阶段，调整抛光机的转速为900-1100转/分钟，持续1-3分钟，完成抛光工序。

在上述检测方法中，优选地，在所述抛光过程中，选用金刚石喷雾抛光剂、研磨膏或抛光粉作为抛光剂；更优选地，所述抛光剂为金刚石喷雾抛光剂；所述第一阶段中，采用金刚石粉粒度为7微米的喷雾抛光剂进行粗抛；所述第二阶段中，采用金刚石粉粒度为3微米的喷雾抛光剂进行精抛。

在上述检测方法中，优选地，所述抛光机为无极变速可调抛光机，所述抛光机的可调转速为0-1500转/分。

在上述检测方法中，优选地，根据金相显微镜或扫描电镜观察的结果判断造成缺陷的原因，当缺陷是由金相组织引起的，则对缺陷部位使用腐蚀液进行表面腐蚀，经酒精冲洗表面、吹干之后，使用金相显微镜或者扫描电镜进行二次观察。

在上述检测方法中，优选地，使用金相显微镜或者扫描电镜进行观察及二次观察后，还包括对观察到的金相组织进行拍照；当进行所述拍照时，其图像采集系统能够进行景深扩展，采集缺陷部位多张图片，通过景深扩展后合并成一张清晰的缺陷部位图片。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1)实现工件弧面缺陷检测中的高精度抛光，实现缺陷位置的镜面抛光，能够对缺陷进行金相显微组织的观察分析，提高弧面缺陷检测的准确度；

2)减少弧面抛光过程中对缺陷位置的损坏几率；

3)减少实验设备的使用，降低检测成本，提高检测精度。

附图说明

图1为本发明实施例1中的工件抛光后扫描电镜观察的形貌图片；

图2为本发明实施例2中的工件磁粉探伤检测图片；

图3为本发明实施例2中试样切割横截面通过金相显微镜观察的金相图；

图4a为本发明实施例2中试样的抛光面进行腐蚀后通过金相显微镜观察的缺陷一个位置的金相图；

图4b为本发明实施例2中试样的抛光面进行腐蚀后通过金相显微镜观察的缺陷另一个位置的金相图。

图5为本发明对比例1中试样经常规方法制取的平面金相通过金相显微镜观察的金相图；

图6为本发明手动抛光过程中手持试样施力方向与抛光机中起抛光作用的表面(即图6中的抛光盘)的夹角示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

对于工件弧面缺陷检测，相比较平面缺陷检测，其主要区别和难点在于缺陷位置的抛光，由于弧面抛光中很容易破坏缺陷位置或者抛光效果不佳，影响检测结果。对于缺陷的显微观察，较为精确的方式是制备成抛光状态的金相试样观察。但是，一方面目前所有的金相抛光机均为平面抛光机；另一方面，虽然目前市面上或者行业内出现了部分弧形工件的抛光设备，但多是采用砂轮、砂带等对工件表面进行抛光，此类抛光设备通常仅为降低工件表面的粗糙度，抛光后工件表面依然存在大量的砂轮或者砂带的颗粒带来的划痕，无法达到镜面抛光的效果。众所周知，在金相显微镜下观察，试样表面必须为镜面，经平面反射通过人眼能够看到显微金相组织，而普通的抛光其精度依然较低，非镜面的试样表面产生的漫反射无法观察到试样的金相组织。同时还存在部分试样体积过小，设备不容易夹持，导致无法进行抛光的问题。

本发明提供一种工件的弧面缺陷检测方法，具体方法包括：首先采用磁粉探伤检测技术，确定缺陷位置；其次针对缺陷存在位置进行取样，得到的试样应该保证缺陷位置位于试样弧面的最高点，以便于后续抛光时找准缺陷位置，另外，金相观察的时候缺陷位于弧面的最高点时也可使得移动试样过程中不易刮伤显微镜的物镜；之后对缺陷部位进行手动抛光，抛光过程中，需要确保试样与抛光机台面为线接触，如果二者不是线接触，则表明抛光过度，已经损伤了试样缺陷所在表面，同时，在整个抛光过程中，需要手持试样的施力方向始终与抛光机的台面(即抛光机起抛光作用的表面)所在平面呈45-60°夹角，该角度由弧面的弧度大小决定，当弧面的弧度越大，抛光夹角越小，弧面的弧度越小，抛光时的夹角越大，其示意图如附图6，在此条件下，能够保证抛光后工件的弧面始终保持为初始的弧面形状，除了弧面所在的半径减小，其它参数均未变化；抛光完毕后，采用金相显微镜或者扫描电镜对缺陷部位进行观察。在手动抛光过程中，手持试样的施力方向与抛光机台面夹角过小时，抛光试样在垂直方向受力较小、水平方向受力较大，因此抛光时基本上不能抛光成镜面；如果夹角过大时，则抛光试样在垂直方向受力较大、水平方向受力较小，这样抛光效率很高，但容易造成抛光后的试样表面出现残余应力过大、甚至出现过热等现象，会导致试样变形出现假缺陷等，且在实际操作中容易出现试样飞出现象，因此，本发明中控制手持试样的施力方向与抛光机的台面所在平面的夹角为45-60°。

通过上述方法，能够保证工件试样的缺陷所在弧面抛光完成后，依然保持为弧面状态，而且能够防止缺陷位置由于过度抛光被损坏。

对于上述检测方法，在取样过程中，尽可能保证缺陷处于试样弧面的顶点，以便于之后对于试样的观察，而且有助于抛光过程中，手持试样的施力方向与抛光机的台面所在平面的夹角的确定，保证抛光的精度。

对于抛光，需要分两个阶段进行：

第一阶段，抛光时，抛光机的转速小于200转/分钟，确定抛光的方向；此阶段主要为调试过程，能够确定抛光的具体方向，也就是前述的夹角(手持试样的施力方向与抛光机的台面所在平面的夹角)。

第二阶段，调整抛光机的转速为900-1100转/分钟，比如可以为900转/分钟，950转/分钟，1000转/分钟，1100转/分钟，直至完成抛光。第二阶段为正式抛光阶段，抛光转速过低，则会导致抛光效率过低，而抛光转速过快，则会导致待抛光面被损伤，或者待抛光试样由于水平剪切力过大，脱离操作人员的把控而飞出。尤其对于弧面抛光，对于精度的把控要求更高，转速更不能过高，本发明中优选转速为900-1100转/分钟，在该转速内，对于凸面弧形试样均适用。

在抛光中，可选用的抛光剂包括金刚石喷雾抛光剂、研磨膏或抛光粉。

为了提高抛光精度，本发明优选抛光剂为金刚石喷雾抛光剂，该喷雾抛光粉可以市售购得，由金刚石粉和酒精配合而成，罐装在能够受压喷射的压力容器中，使用时，直接按压喷出雾状，其中的酒精作为载体能够帮助金刚石粉在喷出时形成均匀喷雾形状，有助于抛光剂均匀地覆盖在抛光机的抛光台面上，保证抛光后的试样金相组织的均匀，而普通的研磨膏或者抛光粉无法确保其能够均匀地覆盖在抛光机的抛光台面上。

金刚石喷雾抛光剂，根据金刚石粉末粒度的不同而被区分，本发明中，分别选用金刚石粉末为7微米和3微米的金刚石喷雾抛光剂，其中在第一阶段抛光中，采用粒度为7微米的抛光剂进行粗抛；在第二阶段抛光中，采用粒度为3微米的抛光剂进行精抛。

抛光机根据转速不同，分为多种型号，本发明优选抛光机为无极变速可调抛光机，该抛光机的可调转速为0-1500转/分。

在通过金相显微镜或者扫描电镜进行缺陷观察分析时，当观察到缺陷是由在试样表面形成的金属夹杂物聚集引起，则可知该工件是在铸造过程中形成的缺陷，可以对铸造工艺进行改进或者进行其它相应处理。若缺陷较长而观察抛光截面未发现明显的缺陷，则很大程度上是工件内部的微观组织产生的缺陷，此时需要对抛光表面进行腐蚀，根据具体的工件材料特性选用合适的腐蚀剂进行腐蚀之后，再次使用金相显微镜或者扫描电镜进行观察，可以发现其显微金相组织产生的具体缺陷。

对于抛光截面腐蚀为领域内常规工艺，采用合适的腐蚀液进行腐蚀之后，再经酒精冲洗表面后吹干即可。

为了便于之后对试验结果进行分析，使用金相显微镜或者扫描电镜进行观察后，还包括对观察到的金相组织进行拍照。当对金相显微镜的观察结果进行拍照时，其图像采集系统需具备景深扩展功能，采集缺陷部位多张图片，通过景深扩展后合并成一张清晰的缺陷部位图片。对于扫描电镜观察结果进行拍照时图像采集系统不需要景深叠加功能。

为了进一步详尽的说明本发明提供的方案，通过以下两个实施例结合附图进行详细说明。

实施例1

取横截面为正圆的某工件，对该工件进行磁粉探伤，其表面可见短条状缺陷，测量该缺陷长度约为2mm。

采用本发明提供的方法对缺陷取样(缺陷位置位于试样弧面的最高点)及对缺陷所在弧面进行抛光，其中抛光液选用金刚石喷雾抛光剂，抛光机选用无极变速可调抛光机，可调转速为0-1500转/分，抛光过程中，二者(试样与抛光机台面)为线接触。抛光分两个阶段进行，第一阶段，抛光机的转速设为100转/分钟，确定手持试样的施力方向与抛光机的台面所在平面夹角为60°为最佳抛光角度，第二阶段，调整抛光机的转速为900转/分钟，抛光1分钟后完成整个抛光过程。

之后对于抛光后试样的抛光面采用扫描电镜进行观察，图1即为该工件缺陷所在弧面抛光后经扫描电镜观察拍摄的形貌图，发现该缺陷位置为聚集的非金属夹杂物，由此可知，该缺陷是工件在冶炼过程中产生。结合能谱仪分析夹杂物的成分，可判断夹杂物的来源，为冶炼提供改进的方向。

实施例2

取gcr15钢材制备的横截面为正圆的棒材工件，对其进行磁粉探伤检测，如图2所示，其表面可见短条状缺陷(轻微磁痕)。

对该工件缺陷所在部位进行取样，如图3所示为取样截面的形貌图，从图3上未见明显缺陷。

采用本发明提供的方法对缺陷所在弧面进行抛光，其中抛光液选用金刚石喷雾抛光剂，抛光机选用无极变速可调抛光机，可调转速为0-1500转/分，抛光过程中，二者为线接触。抛光分两个阶段进行，第一阶段，抛光剂的转速设为180转/分钟，确定试样表面与抛光机的抛光面所在平面的负方向夹角为45°为最佳抛光角度，第二阶段，调整抛光剂的转速为1100转/分钟，抛光3分钟后完成整个抛光过程。

对该缺陷试样的抛光面使用硝酸酒精腐蚀，对于腐蚀后的界面，使用金相显微镜观察，由于该缺陷较长，对其进行两个位置拍摄，如图4a和图4b所示，从图4a和图4b能够明显看到由于碳化物聚集，产生的缺陷，由此可知，该缺陷是钢中偏析所致，可以对该钢材偏析产生的环节进行针对性优化改进。

因此，本发明提供的工件的弧面缺陷检测方法，主要适用于金属工件的弧面缺陷检测，尤其适用于钢铁材料工件的弧面缺陷检测，在磁粉探伤检测的基础上，能够进一步精细化检测确认缺陷产生的原因，并有助于工件加工工艺的改进。

对比例1

在对实施例2中所采用工件进行磁粉探伤检测、及对缺陷所在部位进行取样后，进行常规方法(参考gb/t13298-2015标准)制取平面金相试样，之后使用金相显微镜进行观察，结构如图5所示，从图5可看出在常规方法制取的平面金相试样中未观察到缺陷。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。