Применение неразрушающего контроля для оценки сдаточных испытаний изделий из высокоуглеродистых сплавов

УДК 669.715

ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Т.С. Скобло, профессор, д.т.н., А.И. Сидашенко, профессор, к.т.н., В.М. Власовец, доцент, к.т.н., М.В. Марченко, ассистент,

Н.Г. Поздняков, специалист 1-й категории, Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко

Аннотация. Показана возможность оценки свойств изделий на основе связи структура - твердость - коэрцитивная сила. Приведена целесообразность использования коэрцитивной силы для оценки твердости и уровня напряжений в серых и высокопрочных чугунах.

Ключевые слова: втулка цилиндра, прокатные валки, неразрушающий контроль, коэрцитивная сила, свойства, структура чугуна, браковочная норма.

Введение

Известно, что одной из основных характеристик сдаточных испытаний, выпускаемой продукции в металлургии и машиностроении, является твердость, оцениваемая различными методами. Эта характеристика наиболее полно описывает структурное состояние материала, его свойства. Для конкретных изделий и материалов различными исследователями выполнен статистический анализ, который позволил по уровню твердости оценивать их прочностные характеристики. Это важно, поскольку в таких случаях появляется возможность исключить применение разрушающих методов контроля качества. Вместе с тем твердость в полной мере не характеризует структурное состояние материала.

Цель и постановка задачи

В связи с этим целью настоящей работы является установить наличие связи между структурой материала, ее однородностью с твердостью и коэрцитивной силой. Последняя наиболее чувствительна к структурным изменениям.

Целью работы является повышение качества изделий путем использования неразрушающего метода контроля по коэрцитивной силе.

Для реализации поставленной цели исследования проводили на втулке цилиндра малых судовых двигателей и прокатных валков исполнения СШХН, производства Днепропетровского чугуновальцедетального завода. Оценивали связи: структура - твердость - коэрцитивная сила, на основе которых разрабатывали браковочные нормы для неразрушающего контроля качества.

Результаты исследования

В исследованиях использовали коэрцитиметр марки КРМ-Ц, производства фирмы "Специальные научные разработки".

Исследованиями установлено, что на результаты измерений оказывает влияние ряд факторов (рис. 1), из которых наиболее значимое имеет - химическая и структурная неоднородность.

На примере втулки цилиндра, изготовленной из серого чугуна, установлено, что граничные области значений твердости (217-269 НВ), оговоренные требованиями ТУ, характеризуются нестабильными показаниями. Наблюдаемое хорошо согласуется и с показаниями коэрцитивной силы (рис. 2).

Рис. 1. Группы причин отклонений результатов измерений

Коэрцитивная сила. А/см

Коэрцитивная сила. А/см

Рис. 2. Зависимость коэрцитивной силы от средних значений твердости: а - данные с одной стороны темплетов; б - данные с двух сторон темплетов (каждая точка - результат средних значений из 12-18 измерений); :______- область неустойчивых значений

б

Выявлены причины таких отклонений. При Нс до 15,9 А/см имеет место пористость, формирование грубых включений графита и значительной доли феррита. С превышением

нормы по твердости (выше 269 НВ) доля графита существенно уменьшается и появляется структурносвободный цементит. Проведенные исследования установили границу пока-

заний коэрцитивной силы равной 15,9 - 19,0 А/см и соответствующей нормируемой твердости в интервале 217-269 НВ. Такие показания коэрцитивной силы надежно характеризуют качество выпускаемой продукции.

в г

Рис. 3 Изменение напряженного состояния по длине бочки и исходном состоянии (а) и после термической обработки (б -один цикл; в - два цикла) при 400 °С и уровня твердости (г) после одного цикла термообработки

На примере прокатных валков размером 380 х 630 оценивали уровень напряжений при разработке параметров термической обработки. В этом случае измерение уровня твердости по длине и периметру бочки валков не выявили существенных отклонений, а коэрцитивная сила позволила выявить неод-

нородность напряженного состояния массивной отливки (рис. 3). Применение неразрушающего метода было использовано для назначения дополнительного цикла термообработки для наиболее полного снятия напряжений.

Выводы

На основе исследований связи структура -твердость - коэрцитивная сила для втулки цилиндра из серого чугуна разработаны браковочные нормы при неразрушающем контроле их качества. Они должны соответствовать 15,9 - 19,0 А/см. Выполненные исследования по оценке твердости и коэрцитивной силы по длине бочки валков из чугу -на с шаровидным графитом (исполнения СШХН) показали целесообразность использования характеристики Нс для регулирования уровнем напряжений путем выбора технологии термообработки. Характеристика твердости менее чувствительна к уровню напряжений.

Результаты выполненных исследований послужили основой патента Украины № 30541 и разработки стандарта СОУ 29.32.4-37532:2006 (введен в действие с 01.03.08 г.).

Рецензент: А.И. Пятак, профессор, д.ф.-м.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 20 июня 2008 г.