摘  要：在对高强度钢材料进行检测时，发现其外表面有热损伤缺陷；然后对其热损伤缺陷进行打磨或磨削去除，进而确定无热损伤；再进行磁粉检测，发现在原来热损伤缺陷的区域时有磁痕显示。将热损伤检测与磁粉检测两种不同NDT方法有效地结合在一起，从而更好地保证工件的性能和质量。

高强度钢材料由于其较好的机械性能，比低强度钢更轻便，更节省空间，可以减少钢铁材料的消耗。但任何材料都有双面性，需重点关注以下负面效应：对应力集中的敏感性；氢脆和过热造成的微结构损伤；表面状况不良；腐蚀；加工不当。

对于此类材料加工或使用后，检测的顺序为：热损伤检测→磁粉检测。如表面检查出有热损伤，要对其进行去除，之后进行磁粉检查，进一步确认没有热损伤和裂纹的存在。

1. 热损伤

1.1 热损伤产生的机理

高强度钢材料强度比较高，在使用时受弯、冲击、摩擦等；磨削 (包括手工打磨)时参数设置不合适、磨轮损坏或不净、冷却液不适合或不净及流速不当、进刀量过大、相对磨削速度；烘烤温度过高等会造成再回火 (retempering)或再硬化(重淬火) (rehardening)，从而较易造成局部本体金属中形成过回火马氏体(OTM) 或欠回火马氏体(UTM)，即过热(Overheating)，形成热损伤。

1.2 热损伤的危害

热损伤结构中的过回火马氏体(overtempered martensite,简称OTM)是软化点，呈暗黑色，表明加工时表面温度已经超过材料的正常回火温度。OTM 将导致材料强度和疲劳寿命降低；欠回火马氏体(untempered martensite,简称UTM)（温度超过700℃）是硬化点，呈浅白色，常出现在OTM 点周围，表明加工时表面温度已经超过奥氏体转变温度。UTM 将降低零件的疲劳寿命和韧性，并且会产生氢脆和应力腐蚀。

两种结构的产生会改变受影响区域的材料初始韧度、机械性能，降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，且极可能形成热损伤裂纹，若不及时发现并去除，在使用过程中可能加剧裂纹扩展造成断裂等更严重的后果。

1.3 热损伤的检测方法

传统的热损伤检测方法有：观色法、酸蚀处理法、金相组织法、显微硬度法。目前比较流行的一种热损伤检测方法是用巴克豪森信号来检测烧伤，但其不针对含镍镀层的铁磁性材料。下图一是用巴克豪森检测出来零件有热损伤，再通过酸蚀得到比较直观的现象。

图一 有热损伤的零件

2. 热损伤缺陷的磁痕显示

2.1 磁粉检测的原理

利用铁磁性材料或工件被磁化后，如果在表面和近表面存在材料的不连续性（材料的均质状态或致密性受到破坏），则在不连续性处磁场方向将发生改变，在磁力线离开工件和进入工件表面的地方产生磁极形成漏磁场，从而吸引磁粉在不连续性的堆积—磁痕，在适当的光照条件下，显示出不连续性的位置和形状。

2.2 磁痕显示的特征

设置相关的磁化参数，对热损伤缺陷进行磁粉检测。发现磁痕显示特征是梯形裂纹，呈一定间隔的多条短小裂纹，沿一个方向排列，形状象梯子。如图二中红线标示。

图二 零件磁粉探伤后热损伤缺陷的磁痕显示

2.3 磁痕显示产生的机理

使用时或机加中，因摩擦不良或不正当的操作引起基体一定的热损伤，改变了基体材料本身的性能。热损伤出现的时候硬度往往会下降，拉应力较大，使用中较易形成裂纹。

2.4 磁痕显示的去除方法

当材料上出现有类似的磁痕显示，必须对其区域进行打磨或磨削，将其在裂纹的萌生阶段就完全去除。防止由于热损伤区域的裂纹的存在，造成应力腐蚀，从而加剧了裂纹的扩展。

3. 热损伤与磁痕显示的联系

3.1 有热损伤的区域无磁痕显示

当对材料进行热损伤区域的确定时，确定后进行磁粉检测，发现没有磁痕显示。分析其原因：零件有热损伤的迹象，产生的热损伤应力还未达到裂纹扩展的阶段。

3.2 有热损伤的区域有磁痕显示

当对材料进行热损伤区域的确定时，确定后进行磁粉检测，发现有梯形裂纹的磁痕显示。分析其原因：零件在热损伤后，应力扩张裂纹慢慢长大，扩展开来，可通过磁粉检测发现裂纹的长度及分布。

3.3 热损伤材料完全去除后可能会有磁痕显示

当对材料进行热损伤区域的确定时，确定后对热损伤区域的材料进行去除，一般采用手动打磨或机械加工的方法去除，去除后进一步确认无烧伤材料的存在。但进行磁粉检测可能会发现有梯形裂纹的磁痕显示。分析其原因：零件在热损伤后，应力扩张裂纹慢慢长大，扩展开来，虽然烧伤材料完全去除了，但裂纹还是会残留存在于基体上。

4. 热损伤缺陷的磁痕显示的验证

当材料有热损伤时，热损伤区域附近的材料组织与硬度将发生变化，并导致其磁导率的变化，如果给工件施加外加磁场，将在热损伤区域表面形成漏磁场，此时再施加磁粉，则在漏磁场处吸附磁粉形成可观察的磁痕显示。

通过对激光烧伤试块（材料为4340M钢，分别用一系列不同能量1200W—500W,每次减小100W的激光烧伤）采用某磁粉探伤机进行磁粉检测，检测方法为直流湿连续法，磁化方法为线圈法纵向磁化，最终在白光下得到如图三的检测结果。

图三 试块的磁痕显示图

根据图我们可以看到，对于激光烧伤800W以上时，磁粉检测出现了磁痕显示，它证明了热损伤的存在；但对于700W、600W和500W（稍小的激光功率）的激光烧伤，磁粉检测没有磁痕显示，这说明 700W以下的热损伤程度相对较轻，磁粉检测不足以产生相关显示。

根据磁痕显示的位置和形状分析可以认为800W以上的烧伤斑其热损伤位于烧伤斑的边缘，这与巴克豪森热损伤检测的结果相一致。磁粉检测的结果同样证明了采用激光烧伤可以模拟出不同程度的热损伤，然而磁粉检测法对于较轻微的热损伤的检测显得无能为力。

5. 结论

一般地，材料有热损伤后材料的一些性能和微观结构发生了相应的变化，疲劳裂纹扩展速率会加快，特别要仔细对待这些区域。不能简单的认为完全去除热损伤缺陷的同时，其裂纹一定也会被去除。

磁粉检测对于较轻微的热损伤的检测显得无能为力，但此时其区域材料的结构可能已发生变化，使用中应力释放裂纹扩展。

所以在工作中必须对磁痕显示从多方面进行分析，对缺陷的性质做出初步分析判断，并用不同检验方法，最终确定缺陷的准确位置，防止漏检造成重大的损失。