автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Методы и устройства неразрушаемого контроля качества термической обработки и поверхностного упрочнения стальных изделий

НЕ "Я

2 5 СЕН >935 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ордена трудового красного знамени

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ

На правах рукописи

КОГАН Леонид Хонович

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА НЕРАЗРУИАЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТЕРЮГСЕСКСЙ ОБРАБОТКИ И ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

05.02.11 - Методы контроля и диагностики в машиностроении

Автореферат

диссертации на соискание ученой отепени кандидата техничней« наук

Екатеринбург - 1995

Работа выполнена в лаборатории магнитного структурного анализа ордена Трудового Красного Знамени Института физики металлов Уральского отделения РАН.

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор Э.С.Горкунов

Официальные оппоненты: доктор технических наук Г.С.Корзуниа

доктор технических наук В.Ф,Мужицкий

Ведущая организация - Челябинский государственный технический университет

Зашита состоится "__"____ 1995 г. в

______________ часов на заседании диссертационного овета

К00?.03.01 в Институте физики металлов УрО РАН во адресу: 620219 Екатеринбург, ГС1М70,ул.С.Ковалевской,1б.

С диссертацией шяшо ознакомиться в библиотеке Института фиалки металлов УрО РАН.

Автореферат разослан "_" _;__ 1995 г.

Учений секретарь Диссертационного совета кандидат фиа. -мат. наук В. Р. Гад ахов

ОБЩАЯ ХЛРЛКТКГИСТИКЛ РЛРОТН

Актуальность темы. Необходимый у^ирнь прочностных характеристик изделий машиностроения формируется п репультато подбора сталой определенного химического состава к последующих режимов упрочняющей обработки.

Химический состщз в режимы термической обрлботга* определяют структурное состояние металла, от которого зависит уровень магнитных и электромагнитных спойстк, что попволяет использовать • иагнитные и электромагнитные параметры для неразрушаящего контроля качества структуры и физико-механических характеристик стальных изделий. Нераэрушшаий ¡сонтроль стру>ггуры я мехаяичес-характеристик ответственных изделий машиностроения является вакиой задачей, которая решается с испольповвгшем различных методов структуроскопии, з том чусле и с помощью хорош себя эаре-ксмеидовавшис кгтттш и члеотромагнитних методов.

Физической основой использования магнитных и злектромагнкт-иых методов для контроля структуры и механических свойств является существование достоверной корреляционной связи параметра контроля с контролируемыми характеристиками изделий.. В настоящее вреия достаточно хорош изучено влияние различных »вдов термической и химико-термической обработок па магнитные и злектрмчес-!ше свойства большого количества марок углеродистых и конструк-шюнных сталей и разработаны методы контроля структуры и мехаик-чоских характеристик ихделий. Однако влияние химического состава (а частности содердакия углерода) даже в пределах марочного состава на те или инью магнитные и электрические свойства термически обработанных изделий изучено недостаточно, не проводился также сравнительный анализ чувствительности различных магнитных и электромагнитных параметров к изменению содержания углерода. Практически не изучен вопрос о влиянии скорости вакаяки на магнитные и электрические свойства изделий различной толщины ив углеродистых. (обладающих низкой прсясаяиваемостью) сталей, хотя очевидно, что магнитные свойства "тонколистовых" (толщина которых сопоставима с глубиной прокаливания стали) и боле» "масоив-ных" изделий после закалки в масло должны отличаться.

Исследование влияния химического состава сталей на их магнитные я электрические свойства и разработка методов контроля

3

изделий при его вариациях являются актуальными еще и потому,что колебания химического состава могут превышать установленные ГОСТОМ пределы, либо по технологии допускается изготовление изделий одновременно из близких но составу марок сталей. Эта же проблема в еще большей степени важна для изделий порошковой металлургии, для которых характерны значительные (солебания содержания углерода и пористости.

Не менее актуальной остается проблема контроля качества ю-верхностно упрочненных химико-термической обработкой слоев, поскольку, несмотря на существующие публикации на эту тему, сведений об успешной промышленной эксплуатации разработанных методик контроля (особенно небольших по глубине поверхностных слоев) достаточно мало. Причиной является то, что при нескольких мёняю-щихся парометртх контролируемого обьекта (глубина и твердость слоя,химический состав слоя и т.д.) исподьвуетсп. как правило только один параметр контроля,что приводит к нивкой достоверности оценки качества изделий. Контроль качества азотированных слоев специальных изделий иэ слабомагнитных аустенитных сталей до настоящего времени проводится выборочно металлографичес им методом и какие-либо заслуживающие внимания публикации о разработке неразрушающих методов контроля таких изделий у нас и за рубежом отсутствуют. Поэтому исследования и разработка методов ког^раля. азотированных изделий из чустенитных сталей также гредставляется достаточно актуальными.

Цель работы заключается в детальном изучепш структурной чувствительности магнитных и элеотрических характеристик закаленных изделий различной толщины из углеродистых и конструкционных сталей к колебаниям химического состава и процессам избиения'структурно-фазового состояния при средне- и высокотемпературном отпуске; поиске оптимальных параметров -оэнтроля качества термической и химико-термической обработок, обладающих достаточной локальностью и достоверностью контроля; разработке методик и приборов,пригодных для работы в промышленных условиях. В сйязи с этим поставлены следующие задачи: - изучить чувствительность к изменениям содержания углерода и структурного состояния при среднем и высокотемпературном отпуске магнитных и электрических характеристик изделий и? углеродистых сталей различной толщины;

- изыскать параметры, позволяющие определить содержание уг-

4

лерода в контролируемых изделиях о погрешностью сравнимой с погрешностью разрушающего метода и определить пппмо, .гость отстройки от влияния содержания углерода, ;сак мешащего фактора при контроле качества среднего и высокотемпературного отпуска изделий из углеродистых сталей;

• - изучить магнитные и электромагнитные характеристики цементированных образцов из конструкционных сталей в зависимости от температуры и времени выдержки при цементации; нагыщенности слоя углеродом: вариаций режимов термической обработки, а также установить наиболее информативные параметры контроля и разработать ' методику достоверного определения параметров цементированного Слоя;

- исследовать магнитные и электрические характеристики азотированных образцов слабомагнитных аустенитных сталей до и после азотирования, связь их со структурой,, фазовым составом, глубиной авог'оованного слоя и раараОот; 'Ь методшсу локального неразруша-щего контроля глубины азотированного слоя;

- разработать методику и аппаратуру локального и интегрального нераврушающего контроля качества ;реднетемпературного отпуска "тонколистовых" (до 2х мм толщиной) изделий ив среднеугле-родистых сталей при колебании содержания углерода в них порядка

о.гх;

- разработать методику и. аппаратуру локального неразрушающе-го контроля глубины и твердости закаленного ТВЧ слоя изделий ив углеродистых сталей с использованием наклал них вихретоковых преобразователей с ферритовьаш сердечниками.

Научная новизна.

1. Установлено, что магнитные свойства термообраОотанных изделий из углеродистых сталей со сквозной прокаливаэмостья ("тонколистовые") в гораздо большой степени по сравнению со свойствами "массивных!1 изделий зависят от колебаний содержания углерода.•

2. Предложена методика нераврушаюшего определения содержания углерода э контролируемых "тонколистовых" термически обработанных изделиях из углеродистых сталей по величине размагничивающего тока коэрцитиметра ЮШ-Ш и сигналам накладных вихретоковых преобразователей. Показано, что погревность определения со-

Б

держания углерода таким способом сравнима с погрешностью разрушающего метода.

3. Показана возможность применения вихретокового метода, как с использованием накладных, так и проходных преобразователей для контроля качества среднетемпературного отпуска "тонколистовых" ивделкй из углеродистых, сталей при колебаниях содержания углерода в них от 0,62 до 0,82 X.

4. Определена оптимя* ная глуйина проникновения электрок.аг-нитного поля при контроле качества цементированных изделий, составляющая: величину порядка 50% .от максимально возможной по технологическим условиям глубины цементированного слоя и разработана методика и аппаратура, позволяющая, оа счет использования двух параметров контроля (сигналов вихретокового преобразователя и коэрцитивной силы Нс) с высокой достоверностью определять основные характеристики качества цементированного слоя ивделий из стали 12ХН4А.

Б. Установлена корреляционная связь максимальной и начальной магнитной проницаемостеЙ с глубиной азотированного слоя ивделий из слабомагиигных аустенитных сталей. Показано, что магнитная проницаемость азотированных аустенитных сталей зависит от количества титана, образующего в процессе азотирования стойкие нитриды,что необходимо учитывать при выборе сталей для квотируемых и?пелий, которые полдни иметь низкую магнитную проницаемость .

Практическая ценность работы.

Установленные закономерности поведения магнитных и элек-ои-ческих характеристик изделий различной толщины из углеродистых сталей позволили: осуществить неразрушающий контроль 'качества термической обработки "тонколистовых" изделий различной.конфигурации ив углеродистых сталей при вариации содержания углерода в них порядка 0,2Х; определить неразрушаствдм способом содержание углерода в контролируемых отпущенных "тонколистовых" изделиях из углеродистых сталей с погрешностью, сравнимой с погрепшостью его определения разрушающим способом..

Разработаны методики неразрупающего контроля: - качества цементированных слоев изделий из конструкционный сталей . (глубины и износостойкости цементированного слоя, коли-

6

чества остаточного аустенита в нем, наличия поверхностной обе-зуглероженной зоны);

- глубины азотированных слоев изделий из слабомагнитных аустенитных сталей с локальностью контроля не более Б мм в диаметре;

- глубины и твердости закаленных ТВЧ слоев изделий из стали 45 с локальностью контроля не более 7 мм в диаметре.

Методики неразрувшщего контроля н аппаратура для ее осу-дас^члеиия внедрены на:

- Артинском механическом заводе Гнихретоковый структуроскоп ВСФ-1И4М с накладным преобразователем для контроля »отчества термической ообработки "тонколистовых" изделий (сельскохозяйственных кос) из сталей У7А и УВАЗ

- Ухтомском вертолетном заводе и Уфимском машиностроительном производственном объединении (двухчастотный вихретоковый струк-туроскоп ВСФ-1ИФМ с накладным преобразователем и специализированный коэрцитиметр КПС-2М для контроля качества цементации И8-делий из ртали 12Х2Н4А);

- Златоустовском механическом заводе (ПО "Булат") [вихретоковый структуроскоп ВС-21Ф с приходный преобразователем для контроля' качества термической обработки 7-ми типоразмеров дио-ков электромагнитных муфт из сталей У/и,У8А и вихретоковый структуроскоп ВСФ-1И0М с накладным преобразователем для локального (■* 7 мм в диаметре) контроля глубины и твердости закаленного ТВЧ слоя богатых поверхностей выступов поводков электромагнитных муфт из стали 453;

Вихретоковый прибор ИТ-1 с накладным преобразователем чля локального б мм в диаметре) контроля глубины азотированного слоя изделий из аустенитных сталей прошел производственные испытания на ПО "Звезда" (г.Санкт-Петербург) и рекомендован межотраслевым экспертным советом по содействию внедрения научно-технических достижений (Москва,ВИМИ,19Е? г.) для внедрения в отраслях промышленности.

. Основные положения выносимые на за-диту.

1. Изученные закономерности изменения от температуры закалки и отпуска магнитных, электрически); и механических характеристик образцст различной тшшины из углеродистих сталей с оодерка-

нием углерода от 0,32 до 1.227..

2. Методика электромагнитного контроля качества среднотем-нературного отпуска "тонколистовых" изделий из углеродистых сталей при колебании содержания углерода в них порядка 0.2Х.

3. Способ нераврушающего определения содержания углерода в контролируемых "тонколистовых" термически обработанных изделиях из углеродистых сталей с погрешностью сравнимой с погрешностью разрушающего метода.

4. Сйособ повышения достоверности контроля качества цементированного слоя изделий из конструкционных сталей,заключающийся в оптимизации глубины нромагничивания контролируемого участка изделия и использовании двух параметров контроля (сигналов вих-ретоковых преобразователей и коэрцитивной силы).

Б.. Методика неразрушашего локального (пятно контроля ~ 7 мм в диаметре) колтролп глубины и твердости закаленных ТВЧ слоев игделий из углеродистых сталей с использованием накладных вихре-токовых преобразователей с сердечником броневого тина.

6. Установленные особенности изменения содержания ферромагнитной «-фазы, образующейся! в поверхностной зоно азотированного слоя изделий ив слабомагнитных аустенитных сталой, с глубиной азотированного слон и методика неразрушамщего определения 'дубины слоя с использованием накладных вихретокоьых преобразователей.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы доложены на 10ой Международной конференции но неразрушшцим методам коит{юлн (Москва, 1062), на Всесоюзной межвузовской конференции (Омск, 1983), на'Межотраслевом экспертном совете по содействию внедрения научно-технических достижений (Москва, ВШИ. 1 .17), на 12ой Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушающие фиаичес ю методы контроля" (Свердловск,1900), на Уральской региональной научно-технической конференции "Современные методы ипразрушаэдего контроля" (Свердловск, 1991), на Уральской региональной научно-технической конфо-ренции "Соъременние методы неразрушдацего контроля" (Челябинск, 1903).

Структура и обьем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пнти глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Она изложена на ¿ОЗстраницах. включая 66 рисунков и I? таблиц, список литературы состоит из У^,5 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуг-ьность темы исследования, указаны цель. научная новивна, практическое значение и выносимые на защиту результаты.

Первая глава содержит обвор и анализ работ, материалы которых использованы при обсуждении полученных результатов. В первом параграфе .кратко изложены общие сведения о влиянии термической и химико-термической обработок на структурное состояние стальных изделий различной толщины, описаны фаговые и структурные изменения, происходящие в них при закалке и отпуске. Во втором параграфе рассмотрены литературные данные о взаимосвязи магнитных свойств сталей о их структурным состоянием, ив которых следует, что существующие теории процессов намагничивания и перемаг-г ничиванип не-всегда могут правильно предасазать количественную связь меаду магнитными свойствами и структурным состоянием сталей после термической ообработки. Поэтому актуальным остаемся • экспериментальное Изучение связи магнитных и электрических характеристик' сталей со структурой после различных видов термической обработки. В третьем параграфе приведены результаты работ, в которых рассмотрены вопросы неразрушающего контроля качества среднего и высокотемпературного отпуска углеродистых и конструкционных сталей и влияние химического состава этих сталей на параметры, испольвуемые для контроля. Рассматриваются существующие методы контроля качества поверхностного упрочнения с использованием химико-термических обработок и накалки ТВЧ. Аналиэируются их достоинства и недостатки. Показано, что разработанные к настоящему времени методы неразрушающего контроля, испояьеующце один параметр не обеспечивают достаточной достоверности оирэде-

9

л(..чши качиства цементации.

В этом же параграфе приведены известны« сведения о разработке методик контроля глубины азотированных слоев изделий но ферромагнитных и аустенитных сталей.

Обзор существующих литературных данных показал, что достаточно хорошо изучено влияние различных виден термических обработок на магнитные и электрические свойства "массивных" (толщиной 5 мм и более) изделий из большинства марок угле;юдиетых и конструкционных сталей и разработаны методы контроля их качества, имеется ряд работ, посвященных изучению возможностей и разработке нераорушаадих методов контроля качества поверхностного термического и химико-термического упрочнения ипделий из углеродистых, конструкционных сталей после закалки ТНЧ, цементации и азотирования. Вместе с тем недостаточно изучено влияние химического состава (в частности содержгшия углерода», дж" в пределах нарочного состава на магнитные и ялектричееки" свойства сталей, не проводился сравнительный анализ их чувствительности к планочному составу. Практически не изучен вопрос о влиянии скорости закалки на магнитные и электрические свойства изделий различной толщины ив инструментальных углеродистых сталей, обладающих низкой про-каливаемостью. Разработанные методы контроля с лалают достаточно низкой локальностью контроля и пе позволяют обеспечить оптимальную (порядка 2-3 мм) глубину промагничивгшия ютнтролируемого участкл при контроле поверхностно унрочниЙм слоев. Крайне мало сообщений об успешном использовании в промышленности разработанных методов контроля поверх постного упрочнения после хшико-термических обработок. В результате проведенного анализа сделаны обобщающие выводы, сформулирована цель и задачи диссертации.

Во второй главе описаны технология приготовления образ-, цов,экспериментальные установи и методики измерений. В работе исследованы магнитные, электрические и механические свойства образцов и изделий различной толщины ив углеродистых сталей с содержанием углерода от 0.32 до 1,32 х. Образны прямоугольного сечения были изготовлены ив сталей:30; 46; У8; УЮ и У12 и имели размеры ?,Сх7,БхОБ мм. Результаты измерений на этих образцах сопоставляли с данными исследований на "тонколистовых"&толщиной до 2х мм) изделиях (сельскохозяйственных косах, дисках электромагнитных муфт) из углеродистых сталей У7А. У8Л, содержание углерода в которых варьировалось от 0,02 до 0,н? Псе оОргшци и

10

изделия'подвергали термической обработке по технологии, принятой для промышленных изделий из указанных марок ста), л с вариацией температуры закалки в диапазоне 6Ш-1000° с. отпуска 1ГЮ-С500 С.

Изыскания возможности локального контроля глубины и твердости закалеИных ТВЧ слоев были щюпедепм на бокопых поверхностях (8.6x11 мм) выступов поводков электромагнитных муфт из стали 40, у которых глубина слоя варьировалась в пределах (0,0 -1,0 мм), а твердость - (0,0-60 «?д.((RC3).

Для исследования магнитных, электрических и механических характеристик цементированных образцов в вявисимости от основных технологических факторов процесса цементации (температуры и времени выдержки при цементациг «стивногти карбюризатора и режимов термической обработки) были выбраны стали 12ХНЗА и 12Х2Н4А. Образцы стали 12ХНЗА прямоугольного сучения имели размеры 8x8x05 мм. Их подвергали гавовой цементации при температуре 900° С в течение 26 часов. Две группы Счаэцов проходили никл термических обраиоток, состоящий 1э двух закалок (первая - от 850° С в масло, вторая - в диапазоне от 700 до В00° С в масло). При этом одну группу образцов после второй вакал! обрабатывали холодом при (-76° С). Затем образцы были подвергнуты низкотемпературному отпуску при 180° С D *ечение 2х часов й старению при 120° С (10 часов).

Изучение влияния температуры отпуска на исследованные свойства проводи-t также на двух группах цементированных образцов стали 12ХНЗА закаленных после 2ой вакалки от 800° 'с. Ш отпускали при температурах от 100 до 300° С. Так же как и при закалке от различных температур одну группу обрабатывали холодом, а вторую нет. Затеи их также подвергали старению при 120° С.

Исследование влияния основных технологических факторов процесса цементации на магнитные и электромагнитные характеристики проводили на подвергнутых газовой цементации образцах на стаги 12Х2Н4А прямоугольного сечения с размерами 10x26x55 t!M. Различную глубину цементированного слоя (от 0,0 до 2,1 т) получали варьированием времени выдержки при цементации. Для изучения влияния температуры цементации на изучаемые магнитные и электромагнитные характеристики ее варьировали от 900 до 946° С. Одну группу цементированных образцов с Нормальной по технологии глубиной слоя (1,6-1,7 мм) накаливали от 760,800 и 840° С в масло, другую, закаленную от 800° С отпускали'при температурам 14Я,170

11

к ieü° С. Были также проведены исследования цементированных образцов стали 12Х2Н4А без обрабоиш холодом после вакзлки и с поверхностной обезуглерожениой зоной цементированного слоя.

Для исследования возможности контроля глубины азотированных слоев изделий из слабомагнитных аустенитиых сталей были выбрани стали УИ-123, 1X18119, 1X181I9I и марганиевоатоминиево-ванадиевая сталь Ф2 с разным содержанием титана, образующего стойкие нитриды в процессе азотирования. Образцы представляли собой: полью цилиндры с внешним диаметром 8 мм. длиной СО мм и толщиной стенки О,Г. мм; цилиндрические обраацы диаметром 3 и 10 мм, длиной соответственно • ь и 00 мм; прямоугольные образцы размерами 10x27xöö мм. Их подвергали аустенизгщии при температурах от 990 до 1240° С и старению при 800° С в течение В часов. Азотирование образцов изучаемых сталей проводили при 600 и 7D00 С в течоние 6-75 часов.

В третьей главе рассмотрено влияние на магнитные,электрические и механические свойства углеродистых сталей таких факторов, как режимы термической обработки, вариации химического состава и толщины контролируемых изделий. Показано, что иввестныв к настоящему времени параметры контроля качества средне- и высокотемпературного отпуска изделий из углеродистых и конструкционных ста/лей ( Нс при температуре наблюдения 220-2Ь0° С, остаточная намагниченность после частичного пер^магничивания Bd. магнитная проницаемость ц) существенно зависят от изменения соде(>жалин уг-лереда в стали (например,при 6С/С=13,3 Z относительное изменение Не образцов углеродистых сталей после отпуска при 4Б0° С состов-ляет 7,пХ): В тоже время установлено, что такие характеристика как начальная магнитная проницаемость |itH и удельное злект(ЮСоа-ротивлшке р углеродистых сталей в области температур .отпусжа от 300 до 5OT-G000 С монотонно изменяются с температурой отпуска и слабо ваьисят от изменения держания углерода от 0,4 до 0,78 X (рис.1,кривые 1 и 2). Поскольку углеродистое стали относятся к сталям с нивкой прокалива^моотыи, то при закалке "тонколистовых" (толщиной да 2х мм) изделий из этих сталей, их магнитные свойства, вследствие высокой скорости вакааки и образования при этоы структуры Сливкой к полностью мартрнситной, должны существенно огхичагься от магнитных свойств более "массивных" изделий.

подтверждается данными приведенными на рис.2 и 3. Рис.2 )Ш1.чтрируе1 ют факт, что показании киэрцитиметра 1р, проаорци-

12

Гст.'С

?L'o.I« Еэхщсшэстп шгалышП цагпйтаоИ продацзсглоотп н (I), дальпэ. > влзЕтрооопротипдспая J5 <35* еэляпшш обрзтасй cdctK ссзпгойу сагрзтоковсцу nnpauavpy (3 ) п покаеашй взтфетоко-еото'^струетуроспопа Е02-1ИШ от твшюратурц

-о - 07. 45 ( С «Я , 40$ )¿ 4 - CT.á'O ( 0*0,70$ )

г 1р,мА

Рис.2. Показания коарцвтиизгра КЖУ-1Ы,п^ пучашшо цра пз-жрояш т отозгцввных при 380° С образцах (7«бк7,бх65 121) п т - "тонколистовое" ваделвях (косах) из углародяогиг отелей с разный содержалиаи углерода: X - образцу; 3 - косы

250 m m m m m 550 wtc

Рзз.Э. W.3E20EKÛG7IJ твврдоотп HKOB (привал I), раБьагатпипзвдэ-го тош Еосрцатпыэтрз ШМ-1М ( 1р ) от тсшшратда отпуовд, подузипшв при пзморошп па noons (красно 2-4), образцах (7,бг г7,8г65 i2î) стала 77А (правая 5) s ш еоовх ( о , à ) о dgaaora ß твердости sa счот сзрогрока в ебозуглзрошшаная ка оперзцаях до зашита:

2 - 0=0,74 3 - 0*0,70 4 - C=0,G7 Si С - 0=0,78 %

опальные Нс при измерении на "тонколистовых" изделиях в 3,7 рае»«, сильнее, зависят от содержания углерода, чем при измерении на более "массивных" образцах. Из рио.З следует, что зависимости размагничивающего тока коэрцитиметра ШМ- 1М от температуры отпуска lf(Toni). полученные при измерении на "тонколистовых" изделиях (сельскохозяйственных косах), в отличие от аналогичных вависи-мостей для более "массивных" образцов (7,6x7,5x05 мм), имеют вид симметричных кривых с более глубоким минимумом. Это позволяет использовать величину 1р для проведения "поплавочного" контроля качества отпуска таких изделий, поскольку технологическая температура отпуска изделий из сталей этого класса состовляет 370-380° С. Для осуществления такого контроля необходимо предварительно определить содержание углерода в контролируемой партии изделий и производить разбраковку по соответствующей кривой Ip(Toui) ■

Таким образом, на известные к настоящему времени параметры контроля качества средне- и высокотемпературного отпуска,особенно при использовании их для контроля "тонколистовых" изделий из углеродистых сталей, существенное влияние оказывают колебания содержания углерода, даже в пределах марочного состава.

Приведенные данные показывают,'что имеюТсл два пути решения-проблемы контроля качества среднетемпературного отнуока изделий • иа углеродистых сталей.

Первый - проведение поплавочного контроля иввестными методами, с предварительным определением плавочного содержания углерода и учета его при-контроле.

Второй - использование для контроля начальной магнитной проницаемости (inu удельного электросопротивления р или параметров им пропорциональных, имеющих вначимую корреляционную связь о температурой отпуска и слабо зависящими в определенных пределах от колебаний содержания углерода.

Для осуществления "поплавочного" контроля "тонколистовых" изделий из углеродистых сталей разработан неразрушаюший способ определения содержания углерода в контролируемых "тонколистовых" отпущенных изделиях по величине размагничивающего тока коэрцити-метра KttîM-iM и сигналам накладных вихретоковых преобразователей с погрешностью определения содержания углерода -1(0,02-0,03 X).

Показано, что в том случае,, когда изделия изготавливаются одновременно из металла различных плавок контроль качества сред-

16

нетемнературного отпуска изделий из углеродистых сталей мокет бить осуществлен с использованием вихретоимвых преобразователей, сигналы которых определяются начальной . магнитной проницаемостью и удельным электросопротивлением (BM=RV2ttfpoVI/Uth'P. где йм - обобщенный вихретоковый параметр, R - радиус преобразователя, f - частота возбуждения, il, - магнитная постоянная). Из рис. 1 (кривые 3 и 4) следует, что они п диапазоне температур отпуска от 300 до 600° С имеют однозначную значимую корреляционную связь с температурой отпуска и сл.чбо зависят от колебаний со, ¿ржания углерода от 0,4 до 0,70 X.

Разработаны методики неразрушающего контроля качества сред1-нетемпературного отпуска "тонколистовых" изделий (сельскохозяйственные косы, диски электромагнитных муфт) из сталей У7А, У8А при колебаниях содержания уг.»ерода в них порядка 0,2% с использованием накладных и проходных вихретокоиых преобразователей.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой методов контроля качества цементированных изделий ив сталей 12ХНЗА и 12Х2Н4Л. Приведены результаты исследования влияния основных" технологических Факторов (температуры и времени цементации, активности карбюризатора, режимов закалки, отпуска и обработки холодом) на магнитные и электромагнитные характеристики цементированных изделий. Показано, что колебания таких техноло-гнчес!сих (факторов процесса цементации, как температура цементации и активность карбюризатора но ухудшают степени корреляции электромагнитных характеристик слоя с ого глубиной и вследствие этого не могут сколько-нибудь значительно увеличивать погрешность определения глубины слоя по этим характеристикам.

Установлено,что в связи с сумеетпугаюй однозначной зг нси-мостыо между глубиной цементированного слоя и распределением углерода в нем, оптимальная глубина промагничив; чия контролируемого участка цементированных изделий с потопляет величину порядка 60 % от максимально возможной по технологическим условиям глубины цементированного слоя. При этом на достоверность контроля но будут о шывать влияние колебания химического состава сердцевины изделия И' возможная ее "подкалка" при остывании после цементации. Проведен сравнительный анализ чупстнительности коэрцитивной силы и сигналов накладных вихретокопык преобразователей к глубине цементированного слоя. Показано, что при контроле цементированных слоев с глубиной ло Z.2-Z.4 мм оптимальная глубина про-

17

иикиовении электромагнитного слоя », соответственно, наибольшая степень корреляции параметров контроля с глубиной слоя может бить обеспечена лишь при использовании накладных вихретоковых преобразователей.

Установлена, что совместное использование для контроля качества цементации двух параметров контроля (сигналов вихретоко-вого преобразователя и размагничивающего тока 1р коэрцитиметра ШМ-1М) позволяет значительно повысить достоверность контроля и определять основные характеристики качества цементированного слоя (глубину и износостойкость слоя, количество остаточного аустенита и наличие поверхностной обеауглероженной зоны). Разработана методика и аппаратура контроля, позволявшая за счет оптимизации глубины промагничилаиия контролируемого участка изделия и использования дв/х указанных выше параметров контроля, с высокой достоверностью определять основные характеристики качества цементированного слоя изделий из стали 12Х2Н4А.

В раздела 4.2 четвертой главы рассмотрены возможности использования накладных вихретоковых преобразователей с ферритовы-ми сердечншсами броневого типа длн неразрушающего локального (порядка 7 мм в диаметре) контроля глубины и твердости закаленных 'ГВЧ слоев (глубииой до 1,8 мм) Изделий ив , глеродистых сталей. Подавало, что сигналы разработанных вихретоковых преобразователей на частотах порядка 2кГц (глубина проникновения электромагнитного ноля в контролируемый участок изделия соизмерима с глубиной слоя) имеют значимую корреляционную ссизь о глубиной й твердостью закаленного слоя. Разработана аппаратура вихретоково-го контроля глубины и твердости закаленных ТВЧ слоев выступов поцодков (8,8x11 мм) электромагнитных муфт ив стали 46. Проведены производственные испытания разработанной аппаратуры, показав-ыие высисую эффективность использования разработанного вихрето-кового преобразовЕлеля для локального контроля качества' агиишки ТВЧ изделий из углеродистых сталей. Аппаратура контроля внедрена в производство.

В плтой главе приведены результаты исследований магнитных и электрических свойств аустенитных сталей ЭИ-123, Ш8НЗ, 1Х18Н9Т и маргакцевоалымкниево- вшодиевон стаи и Ш после различных режимов термической обработки и ацотирочания. Покапано, что магнитные и электричег'даэ свойства образцов парамагнитных аустенитных сталей как после аустевигации при различных температурах, тыс. и после

18

аустенизации с последующим старением отличаются невначительйо. Азотирование приводит к резкому изменен™ их магнитных свойств; все образцы после азотирования сгалорятся ферромагнитными. Установлено, что количество ферромагнитной «-фазы в слое связана корреляционной зависимостью с его глубиной. Покаяаио. что причины максимальной и начальной магнитных пропицэемсстей, имеющих корреляцию с глубиной слоя, существенно зависят ст количества титана в исследуемых сталях, что необходимо учитывать при выборе азотируемых аустенитнык сталей для сгршалышк наделяй, которые должны иметь после .азотщгсвалии низкую магнитную проницаемость. Разработана методшса контроля глубичы азотированного слоя на деталях из марганцовоалюминиево-яангудеепой сгаяи ФЯ с помощь«» пак-ладных вихре,токовых преобразователей. Установлено, что показания прибора определяются количеством ({¡»рромагкктной «-фазы а азотированном слое, которое связано корреляционной загисимсстыа с глубиной слоя.

выводи

1. Установлено, что влияние (солеОйНий солоржглия углерода р "тонколистовых" термически обработанных т.делиях йз углеродистых старей толщина которых сопоставима с глубиной прокаливания при закалке в масло (примерно 2 мм) на существующие параметры контроля качества соеднетемп'Л)атурпого й ?-4 раза превышает аиалогичное влияние нь эти параметры при контроле более "массивных" изделий.Поэтому, контроль "гснколистсьых" изделий на з^их сталей существующими методами возмезден лишь при предварительном определении плявочного содержания углерода в контоолкруемой партии изделий и учета его при контроле.

2. Предложена методика нерачрукающего определения содержания углеоода в контролируемых "тонколистовых" отпущенных изделиях из углеродистых сталей по величине размагничивающего .тока ко-эрцитлметра КИШ-1М и. сигналам вихретокового преобрпэолателя.Па-казако.что погрешность определения содержатся углёредз таким способом,сравнима с погрешностью разувающего метода.

3. Установлено,что такие характеристики,как начальная магнитная проницаемость и удельное электросопротивление имеют значимую корреляционную связь с температурой отпуска в диапазоне от ООО до 500-550° С и достаточно слабо зависят от иг^чечия солер-

19

жания углорода и пределах от 0,4 до 0,78 z.

4. Разработана методика и аппаратура для локального и интегрального вихретокового нерапрушающего контроля качества срел-нетемпературиого отпуска "тонколистовых*1 иоделий ив углеродистых сталей (при колебаниях содержания углерода в них от 0,62 до 0,82Х) с использованием накладных и проходных вихретоковых пре-обзователей, сигналы которых otif целклтся начальной магнитной проницаемостью и удельным электросопротивлением. •

Б. Установлено, что г связи с существующей однозначной за- • висимостыо между глубиной цемрнтодюпашгахj слоя и распределением углерода в нем, оптимальная глубина намагничивания контролируемого участка цементированных изделий составляет величину порядка 50% от максодальио возможной по технологическим условиям глубины цементированного слоя. При контроле изделий с небольшой глубиной цементированных слоев (до 2,2-2,4 мм ) оптимальная глубина про-мапшчивания может быть обеспечена лишь при использовании вихретоковых преобразователей.

6. Показано, что достоверное определение основных характеристик качества цементированного слоя (глубины и износостойкости слоя,количества остаточного аустенита и наличия поверхьостной обевуглерояенной зоны) возмокг лишь при использовании 2х параметров контроля (сигналов вихретоковых преобразователей и коэрцитивной сш;н)|

7. Установлена значимая корреляционная связь ма1ссималыгой и начальной магнитных проницаямостей с глубиной аэотированного слоя изделий из слайомагниткнх аустенитных стзлеи. Показано, что магнитная проницаемость азотированных изделий из аустенитных сталей вависит от количества, испольг-veMoro в качрстве легирующего элемента, титана, образующего в процессе азотирования стойкие нитриды. Это необходимо учитывать при выборе .¡талей для азотируемых изделий, которые должны иметь низкую магнитную проницаемость.

8. Равработаиа методика и аппаратура, позволяющая, за с"ет оптимизации глубины промагничивания контролируемого участка и использования двух параметров контроля с высокой достоверностью определять основные характеристики качества цементированного слоя ивделий И8 стали 12Х2Н4А.

9. Разработаны, испытаны и внрдрены в производство вихрето-ковые методики локального ( зона контроля Б-7 мм в диаметре )

20

иераврушавдего контроля качества закалки ТВЧ слоев изделий ' из углеродистых сталей и глубины азотированных с поев изделий из аустенитных сталей с использованием накладных вихрето1совмх преобразователей с сердечниками броневого типа.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Бслеикова М.М., Паганова Л.Л., Риткаюва Р.Н..Коган Л.Х. Михеев М.Н. О неразрупахлцем контроле глубины азотированного слоя на деталях из аустенитной марганцепоалюминиево-ванадиевой стали. Дефектоскопия. 1978. № Р.. С. Б2-67.

2. Беленкова М.М.. Коган Л.Х., Михеев М.Н. Прибор для контроля глубины азотированного слоя на деталях ив аустенитной стали. Дефектоскопия. 1978. № 3. С. 68-74.

3.Беленкова М.М., Коган Л.Х., Виткалова Р.Н., Михеев М.Н. Методика и прибор для контроля глубины азотированных слоев на дета ;х из аустенитных сталей. Межотраслевой научно-технический сборник. "Научно-технические достижения". 1988. № 3. С. 47-52.

4. Коган Л,X., Морозова В.М., Ничииурук А.П.. Иванов H.A. Способ неразрушагаего 1сонтроля механических свойств изделий из углеродистых сталей. Авт.свид. Я0 1644018. Бол.изобр. 1991. Н°15

б. Морозова В.М..Гавралова Л.Д..Захарова Г.Н..Сингер К.Е. Ничипурук А.П., Коган Л.Х. Возможности магнитных методов контроля закалки и отпуска изделий'из углеродистых сталей. Дефектоскопия 1991. № 5. С. 79-91.

6. Горкунов Э.С., Коган Л.Х.. Морозова В.М., НичиЛурук А.П. Особенности электромагнитного контроля качества термической обработки "тонколистовых" изделий ив углеродистых сталей. Дефектоскопия. 1993. № 2. С. 60-63.

7. Горкунов Э.С., Коган Л.Х., Морозова В.М., Бараз Э.М. О вихретоковом контроле качества отпуска "тонколистовых" изделий из углеродистых сталей при вариации содержания углерода в im. Дефектоскопия. 1003. 3. С. 62-66.

В. Горкунов О.С.. Коган Л.Х.. Бараз Э.М., Королев А;Л. Контроль качества цементации ипделий из стали 12Х2Н4А электромагнитными методами. Дефектоскопия.. 1903. № 12. С. 3-12.

9. Горкунов Э.С., Коган Л.Х., Ничипурук А.П.. Пашагин O.A. Контроль качества отпуска "тонколистовых" изделий ив углеродистых сталей с использованием проходных вйхретоковыХ преобраэова-

21

те лей. Дефектоскопии, тч. № Г. с. 04-г,п.

10. Горкунов Э.С., Сомова В.М.. Млкяроп Л.В., Коган Л.К., Коршунов Л.Г. Магнитные и электромагнитные методы оценки износостойкости стальных изделий. Лефрктосттн. 1005. 11° 0. С. СО •ЗП.

Отпечатано яа ротапринте Ш УрО РАН тира* ВО эак{66

формат 60x84 1/16 объем I п.л. 620219 г.Екатеринбург ГО1-Г70 ул.С.Ковалевской, 18