Система управления качеством производства остряковых рельсов

НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОИЗВОДСТВА

ОСТРЯКОВЫХ РЕЛЬСОВ

Для достижения требуемого комплекса механических свойств изделий необходимо, чтобы технологические параметры выбирались с учетом исходной микроструктуры стали. Определение параметров исходной микроструктуры стали может быть выполнено с помощью неразрушающих методов исследований, в частности, ультразвуко -вым и магнитным [1].

Комплекс механических свойств зависит от структуры стали, которая определяется режимами термической обработки. В настоящее время стабильный комплекс механических свойств определяется неизменностью значений параметров технологии. Это основано на том, что химический состав стали должен быть постоянный. Однако химический состав стали изменяется от плавки к плавке в пределах марочного состава. В этой связи постоянство значений параметров технологии не может обеспечить получение заданной структуры стали. Поэтому целесообразно с целью обеспечения стабильного заданного комплекса механических свойств контроль технологического режима проводить непосредственно по изменению структуры стали. Контроль структуры стали можно осуществить путем магнитной структуроскопии.

Контроль качества изделий с использованием магнитноструктурного анализа широко используется при поточном производстве однотипных изделий. В качестве определяемых параметров могут быть твердость, глубина упрочненного слоя и качество микроструктуры. В работах [2-3] показано, что между значениями твердости и показаниями коэрцитивной силы существует зависимость с коэффициентом корреляции 0,8-0,9. Показано [4-7], что глубина упрочненного слоя при закалке ТВЧ связана со значениями коэрцитивной силы с коэффициентом корреляции 06,-0,7.

Целью работы было разработать принципиальную схему управления качеством производства остряковых рельс на Керченском заводе стрелочных переводов.

Для получения конкурентоспособной металлопродукции необходимо иметь качественное сырье или полуфабрикат и соблюдать режим термической обработки с учетом исходного структурного состояния. Параметры режимов термической обработки назначают в зависимости от уровня требуемых стандартом механических свойств и качества исходной микроструктуры стали.

На Керченском стрелочном заводе производят остряковые рельсы для подъездных и магистральных железнодорожных путей. Горячекатаные рельсы поставляются с металлургического комбината «Азовсталь». Для получения товарной продукции в соответствии с ГОСТ 9960-85 головка рельса должна иметь твердость в пределах 321388 НВ. Глубина закаленного слоя колеблется в пределах 7-9мм. Достижение этих параметров проводится при закалке ТВЧ с самоотпуском головки рельс.

Для получения продукции с улучшенными технологическими свойствами необходимо проводить входной поштучный контроль, поступивших с «Азовстали» горячекатаных рельсов. Контроль проводится на выявление внутренних дефектов, определение химического состава и состояния качества микроструктуры стали.

Обнаружение внутренних дефектов проводится с использованием ультразвукового дефектоскопа. Дефектоскоп УДС1-РДМ-1М1 предназначен для выявления внутренних дефектов в рабочей части рельса. Рельсы, имеющие недопустимые по размерам внутренние дефекты отбраковываются.

Химический состав стали определяется на оптическом спектрометре «Спектролаб Ф».

Качество состояния микроструктуры стали можно количественно оценить магнитным способом по определению значений коэрцитивной силы с помощью коэрцитиметра, например, «Вега», КИФМ-1, КИФМ-2 и т.д. Суть метода состоит в том, что производится магнитное зондирование локального объема металла: вначале происходит намагничивание, а потом размагничивание с определением коэрцитивной силы.

В результате проведения химического и магнитноструктурного анализа стали каждое изделие относят к одной из этих групп качества: «мягкая плавка», «нормальная плавка», «твердая плавка». Эти группы характеризуют исходное состояние микроструктуры стали и являются критериями для назначения конкретных режимов термической обработки данного изделия.

После проведения входного контроля качества годные изделия отправляют на термическую обработку.

Для получения качественного изделия необходимо выбрать режим термической обработки в соответствии с исходным структурным состоянием стали и химсоставом. При закалке ТВЧ наиболее приемлемыми изменяемыми параметрами являются скорость охлаждения и остаточная температура детали после окончания охлаждения.

Контроль температуры нагрева изделия под закалку проводится с помощью оптического радиационного пирометра ТЕРА-50, соединенного с быстродействующим потенциометром КСП-4 (время измерения температуры составляет 1с).

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008

125

Основные технические характеристики оптического радиационного пирометра ТЕРА-50:

1. Диапазон измерения температуры - (400-1200)°С.

2. Погрешность измерения температуры - не более 5 %.

В зависимости от принадлежности изделия к одной из групп качества назначают соответствующую скорость и температуру окончания охлаждения.

Скорость охлаждения регулируется расходом охлаждающей среды, какой является водовоздушная смесь. Для возможности прерывания охлаждения при заданной температуре необходимо, чтобы душирующее устройство состояло из трех секций. Для изделий с категорией качества «мягкая плавка» подается давление на охлаждающее устройство 0,5 МПа. Для изделий с категорией качества «нормальная плавка», и «твердая плавка» - 0,4 МПа и 0,3 МПа соответственно.

После проведения термической обработки, остряковые рельсы проходят выборочные сдаточные испытания на определение твердости в соответствии с ГОСТ 9960-85.

С целью улучшения качества продукции необходимо проводить выходной поштучный контроль поверхностной твердости изделий. Каждое пятидесятое изделие изымается из потока и проводится исследование, включающее определение твердости, глубины и качества упрочненного слоя головки рельс, и наличие внутренних дефектов.

Вследствие того, что при нагреве ТВЧ происходит локальный разогрев изделия, то возможно образование зон растяжения и сжатия, что приводит к появлению остаточных напряжений I рода. Наличие остаточных напряжений растяжения I рода способствует образованию внутренних дефектов. Поэтому необходимо проводить ультразвуко -вой выходной контроль изделий после термической обработки.

Параллельно со сдаточным контролем твердости надо проводить магнитное зондирование всех изделий с целью определения твердости неразрушающим методом, соответствия микроструктуры требованиям стандарта и определения глубины упрочненного слоя для всех изделий.

Для определения твердости с помощью магнитного метода предварительно устанавливается корреляционная зависимость между значениями твердости и коэрцитивной силы в виде:

НВ = аНс+в,

где НВ - значения твердости по Бринеллю;

а, в - постоянные коэффициенты; Н - коэрцитивная сила, А/см.

В соответствии со значениями твердости по ГОСТ 9960-85 устанавливается интервал значений коэрцитивной силы, соответствующий требуемому интервалу твердости.

Магнитный способ позволяет определять глубину и качество закаленной зоны при закалке ТВЧ. Для этого предварительно устанавливается корреляционная связь между глубиной термоупрочненного слоя головки рельса со значениями коэрцитивной силы:

И = сНс + ё,

где И - глубина термоупрочненного слоя, мм;

с, ё - постоянные коэффициенты;

Нс - значение коэрцитивной силы, А/см.

Так как глубина термоупрочненного слоя головки рельса должна быть в пределах 7-9 мм, то устанавливаются соответствующие пределы изменения значений коэрцитивной силы.

По результатам выходного контроля и сравнения их с требованиями стандарта делается заключение о годности изделия. Изделия, не прошедшие выходной контроль, направляются на повторную термическую обработку.

На основании проведенного анализа термической обработки рельсов составлена схема управления качеством остряковых рельсов (рис. 1).

Выводы

Проведение контроля изложенных физико-механических параметров на каждом изделии позволяет:

1. Оценить качество выпускаемой продукции по более широкому спектру параметров.

2. Иметь оперативную информацию о стабильности заданного технологического процесса и режимов работы оборудования.

3. Принимать решения по корректировке технологических параметров.

Входной контроль изделии

Ультразвуковая дефектоскопия

Химический анализ

Магнит оструктурный анализ

Результат

входного

контроля

Термическая обработка

Обработка бракованных изделий

Выбор режимов . термообработки

Устройство подачи охлаждающей средь

ТЕРЛ-50 КСП-4

годных изделии по группам качества

Выходной контроль изделия

Ультразвуковая дефектоскопия

Изделие

Магнит'оструктур! ы й анализ

Разработка изделий

Брак

Г-одные

Перечень ссылок

1. Гофман Л.Д., Кибалов Л.Д., Максимов А.Б. Основные положения системы управления качеством производства остряко-вых рельсов / Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий. Сборник научных трудов Керченского морского технологического института. - Выпуск 7. - Керчь: КМТИ. - 2006. - С. 57-60.

2. Гаркунов Э.С., Баринова Г.Я. Контроль качества термической обработки изделий из конструкционных сталей при различном исходном состоянии остаточной намагничиваемости / Дефектоскопия . - 1985. - № 9. - С. 46-50.

3. Кузнецов И.А., Царькова Т.П. Магнитный контроль твердости деталей из стали ЗОХЗМ / Дефектоскопия. - 1982. - № 2. -С. 29-33.

4. Михеев М.Н., Бида Г.Б. Магнитный контроль качества поверхностной закалки зубьев крупногабаритных постерней / Дефектоскопия. - 1982. - № 2. - С. 16-18.

5. Малинов С.А. Магнитный контроль качества поверхностной термообработки зубьев постерней / Дефектоскопия. - 1986. -№ 8. - С. 95-98.

6. Кузнецов М.А. Магнитный контроль глубины и твердости упрочненного слоя деталей из высокопрочного чугуна после ТВЧ / Дефектоскопия. - 1987. - № 8. - С. 10-13.

7. Бида Г.В., Михеев М.Н., Костин В.П. определение размеров приставного электромагнита, предназначенного для неразру-шающего контроля глубины и твердости поверхностно-упрочненных слоев / Дефектоскопия. - 1984. - № 8. - С. 10-13.

© 2008 А. Б. Максимов1, Л. Д. Гофман2, А. А. Кибалов2 1 Государственный морской технологический университет, 2 Завод стрелочных переводов,

г. Керчь

О ВЛИЯНИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ В ОБЪЕМЕ РАСПЛАВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОЛИТА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Введение

На протяжении последних десятилетий ионные расплавы все шире применяются в различных областях современной техники. По сути, новое рождение получило направление- высокотемпературный электролиз соединений металлов и неметаллов, сплавов и интерметаллидов. К настоящему времени научные основы проблемы ионных расплавов освещены в ряде монографий отечественных ученых [1-3]. Однако не все из них охватывают области практического использования расплавленных систем, содержащих металлы и неметаллы (бор, углерод, кремний, вольфрам, медь и др.) и их соединения.

Поэтому повышенный интерес к вопросам разработки новых эффективных методов получения многофункциональных защитно-упрочняющих барьерных слоев на основе тугоплавких соединений (карбидов, боридов, силицидов) и продиктован непрерывно расширяющимся их использованием для нужд современной техники и, в частности, в электрометаллургическом производстве.

Постановка задачи

Основной задачей данной работы является оценка влияния физико-химических свойств ионных расплавов на механизм и кинетические особенности перераспределения ионов электролита в объеме электрохимической ячейки под воздействием различных параметров электролиза. Проведенные ранее исследования [4, 5] позволили решить задачу математического описания массопереноса ионов материала-покрытия в объеме расплавленного электролита.

В условиях эксперимента математическое решение распределения ионов с учетом градиента потенциала сводится к уравнению:

Ci = С0 ехр

V ZгFAф

О

где С0, С - концентрация ионов сорта i в центре электрохимической ячейки и по ее объему соответственно; V - скорость вынужденной конвекции; Аф - градиент потенциала; F - число Фарадея; X: - заряд иона;

х