铸造镁合金荧光渗透检测技术研究

徐一恺,姜洋,李秀芬

摘  要：铸造镁合金因其独特的优势在航空器上有着广泛应用，需要依靠荧光渗透检测控制其表面质量，由于铸造毛坯在机加后暴露出新的表面，还须再一次进行荧光渗透检测确保零件表面质量，但在实际检测过程中，机加后的铸造镁合金零件，在非机加面上经常会发现在毛坯状态下未检测出的缺陷，这一直是困扰渗透检测人员的难题。本论文从毛坯和机加后施加的渗透检测工艺进行研究，找出差异的原因。

关键词：渗透检测  镁合金铸件  氧化

镁合金是目前应用最轻的金属材料料，由于其密度小（仅为铝的2/3，钛的40%，钢的23.13%），比强度、比刚度高，具有良好的加工成形性能，因此在航空业有着广泛应用。但同时，镁合金也存在易氧化燃烧、耐蚀性差，常温力学性能差，高温强度及蠕变性能低等缺点，大大限制了镁合金的发展和应用【1】。

在航空领域镁合金多用作结构件使用，飞机一些结构件由于其形面结构复杂，多以铸造件然后机加的形式应用。目前镁合金铸造工艺多采用砂型铸造，铸件的质量不稳定，缺陷较多，表面及内部缺陷都有可能存在。镁合金铸件的表面质量主要依靠荧光渗透检测进行控制，内部质量主要依靠射线检测进行控制。

1镁合金铸件的检测工艺

1.1  工艺流程安排

铸造镁合金零件一般在两个阶段进行荧光渗透检测，即铸造毛坯阶段和机加后的最终零件状态。首先镁合金经过砂型铸造制成毛坯零件后进行一次荧光渗透检测，主要检查铸造时产生的缺陷。随后零件交付机加车间进行机械加工，铸造毛坯零件机加成最终零件状态，主要是发现零件状态有无缺陷存在。

1.2荧光渗透检测灵敏度的选择

铸件毛坯的表面粗糙，一般选择水洗1级灵敏度的渗透剂，经过机加后，为了检测机加面的缺陷，选择水洗2级的渗透剂。

1.3镁合金常见缺陷

镁合金铸件在毛坯状态下容易存在裂纹、冷隔、气孔、夹杂、疏松等缺陷。而机加后产生的缺陷通常由以下原因造成：

   （1）铸造毛坯状态下的内部缺陷在机加后，暴露于表面；

   （2）铸造毛坯状态下的表面缺陷在机加后，发生了扩展；

   （3）铸造毛坯零件在机加过程中不正确的夹持受力等原因产生的缺陷。

镁合金铸件的机加面上通常发现的缺陷有：裂纹、气孔、夹杂、疏松等。

1.4  镁合金零件机加前后验收要求的对比分析

荧光渗透检测主要依靠表面质量章节进行评判，镁合金铸造技术规范HB7780-2005中关于裂纹、冷隔、穿透性疏松等缺陷，不论机加面还是非机加面的要求是一致的，均不允许。未穿透的疏松，荧光渗透检测没有评判的依据，只能通过射线照相获得的底片，对比镁合金铸件标准底片进行评判。对于气孔，非机加面和加工后表面均不允许有超过4mm的单个空洞、2mm的成组孔洞，要求一致。对于分散点状空洞要求稍有差别，铸件经过氧化处理后，非机加表面允许有不超过1.5mm的分散点状孔洞，加工后表面允许有不超过1mm的分散点状空洞，换句话就是非机加表面1.5~4mm的单个孔洞需要再根据数量判断铸件是否合格。加工后表面1~4 mm的单个孔洞需要再根据数量判断铸件是否合格。

2  镁合金铸件机加前后检测结果差异分析

2.1  初步原因分析

镁合金铸件零件在毛坯和机加后两个阶段分别进行荧光渗透检测确保表面质量，但在机械加工后经常在非机加表面发现一些细微的裂纹、穿透性疏松等缺陷。经过初步梳理铸件整个加工过程分析，导致检测结果差异的原因可能是渗透检测工艺不同或零件表面状态不同。

2.2第一阶段试验

为找寻出导致检测结果差异的根本原因，我们要求机加车间在机加前后分别进行一次荧光渗透检测。

渗透检测流程是浸渍施加渗透剂，渗透剂接触时间20分钟，水洗去除零件表面多余的渗透剂，先用自动喷淋清洗槽内喷淋水洗，然后在黑光灯下手工补洗，水温30℃，水压0.20MPa，然后在热空气循环烘箱中干燥水分，设定温度49℃。零件表面水分一干即取出，采用爆粉施加显像粉，显像剂接触时间20分钟，再暗室检测【2】。

经过一段时间的测试，我们发现机加前的检测结果与毛坯验收时的结论基本一致，由此初步判断大部分的结果差异应该与机加过程无关。

2.3  第二阶段试验

第二阶段试验时，我们对铸造毛坯和最终机加件均采用2级灵敏度渗透检测系统，并使用相同的材料、设备及工艺流程。

检测时发现，毛坯厂送检的铸件表面发黄发亮，机加厂送检的铸件表面发黑呈暗色，由于两次渗透检测流程完全一致，继而发现导致零件表面颜色差异的原因是预处理工艺不同。

毛坯零件采用的预处理方法为吹砂+氧化的方法。机加零件采用工序钝化的方式进行渗透前预处理。氧化工艺采用的是硝酸氧化，溶液含硝酸、重铬酸钾、氯化氨。工序钝化采用的是铬酸溶液处理。

为了研究不同预处理工艺对渗透检测结果的影响，选取某镁合金铸件零件（见图1）2件，后文简称为1#、2#， 1#的凸台根部有穿透疏松，2#的4个立臂的根部分别有

1条线性显示。

图1  某零件的外形形貌

试验设计了4种不同预处理工艺对已知缺陷的镁合金铸件进行渗透前处理 ：

   （1）工艺1：吹砂—硝酸氧化—荧光渗透检测

   （2）工艺2：铬酸处理—荧光渗透检测

   （3）工艺3：吹砂—铬酸处理—荧光渗透检测

   （4）工艺4：硝酸氧化—荧光渗透检测

2.3.2  第二阶段试验结果

将上面选定的2个零件依次经过上述4个不同的预处理流程后得到的结果如下：

（1）工艺1检测结果

1#凸台的根部有两处疏松显示，一处明显，一处颜色亮度暗淡，断续。该显示的背面，只有微弱的点状显示，不能判定为穿透疏松。2#的4个立臂的根部，只发现了一处有线性显示，在根部发现了疏松，但疏松的区域面积很小，亮度很暗。

a)  1#缺陷显示

b)2#缺陷显示

图2工艺1荧光检测结果

（2）工艺2检测结果

1#凸台根部的两处疏松显示，亮度明显比工艺1的结果亮，范围也比工艺1大，且在工艺1后发现的断续的疏松显示连成线状，在该凸台的背面，发现也有类似的疏松显示，可以判断为穿透疏松。2#的4个之臂的根部，均发现了一处线性显示，且在根部的疏松显示明显，区域面积和亮度比工艺1获得的结果要大得多。

a)  1#缺陷显示

b)2#缺陷显示

图3工艺2荧光检测结果

（3）工艺3检测结果

在黑光灯下观察到情况是，1#凸台根部的两处疏松显示，亮度比工艺1的结果亮，但比工艺2的检测结果暗淡一些，范围也比工艺2的结果小，同样在该凸台的背面，发现也有类似的疏松显示，可以判断为穿透疏松。2#的4个之臂的根部，均发现了一处线性显示，且在根部的疏松显示明显，相对于工艺2区域面积和亮度均要小。

a)  1#缺陷显示

b)2#缺陷显示

图4 工艺3荧光检测结果

（4）工艺4检测结果

1#凸台根部的两处疏松显示，亮度与工艺3的结果基本一致，同样在该凸台的背面，发现也有类似的疏松显示，可以判断为穿透疏松。2#的4个之臂的根部，均发现了一处线性显示，且在根部的疏松显示明显，与工艺3显示的区域面积和亮度基本一致。

a)  1#缺陷显示

b)2#缺陷显示

图5  工艺4荧光检测结果

2.3.3  第二阶段试验结果分析

工艺1和工艺2是模拟毛坯零件和机加零件送检的工艺，工艺3和工艺4是模拟两种不同氧化处理对荧光渗透检测结果的影响。通过分析得知：

   （1）工艺1与工艺2检测结果差距明显，说明吹砂对缺陷的覆盖作用明显。小缺陷容易被堵塞，硝酸氧化对吹砂堵塞的表面腐蚀作用不明显，不能起到利用腐蚀将堵塞的表面缺陷充分暴露出来的作用。

   （2）对比工艺3与工艺1的检测结果，再对比硝酸氧化表面和铬酸处理后的表面，可以说明铬酸溶液处理的主要作用是清理镁合金铸件上的旧铬酸盐膜和各种镁合金的腐蚀产物，铬酸处理的腐蚀能力比硝酸氧化要强，吹砂堵塞缺陷后，能够通过铬酸处理暴露出来。

   （3）对比工艺4与工艺3，因为零件是依次进行了工艺3和工艺4，工艺3中铬酸处理将吹砂堵塞的缺陷暴露了出来，在进行硝酸氧化处理并没有进一步将缺陷暴露出来，硝酸氧化处理基本没有腐蚀作用，反过来说明工艺1，进行吹砂操作后，小缺陷被堵塞了，安排的硝酸氧化处里不能将堵塞的缺陷充分暴露出来。

2.4  工艺优化方案

镁合金铸造过程中表面会产生氧化皮，利用吹砂去除掉氧化皮，然后应选用腐蚀作用强的铬酸处理，将堵塞的缺陷充分暴露出来。随后进行荧光渗透检测，能够确保铸造缺陷在进行毛坯铸件验收时就发现，以免将缺陷掩盖并带入机加工序。

3结论

本文通过分析了镁合金铸件进行不同荧光渗透检测流程，尤其是不同的预处理方法对渗透检测结果的影响，找到了镁合金铸件在毛坯和机加后两个阶段进行荧光渗透检测结果差异的原因，并给出了流程优化方案，为今后镁合金铸件在毛坯阶段有效控制缺陷，不将铸造缺陷带入机加工序，减少两个阶段的荧光检测结果的差异。

参考文献：

[1]  陈亚军，镁合金应用现状及铸造技术研究进展[J]，铜业工程，2005(1): 45-46.

[2]  林猷文，渗透检测[M]，北京：机械工业出版社，2013年8月第1版，第21-22页

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