Контроль качества поверхностного упрочнения стальных изделий

Поверхностное упрочнение стальных изделий проводится для повышения их износостойкости и сопротивления усталостному разрушению. Для этого используются различные виды обработок: поверхностный наклеп (дробеструйная обработка, накатка роликами и т.д.), цементация, азотирование, цианирование, поверхностная закалка.

При поверхностном наклепе, то есть при холодной деформации поверхностного слоя, упрочнение происходит благодаря существенному повышению плотности дислокаций, что снижает возможность их движения и возможность образования новых дислокаций. Появляющиеся на поверхности сжимающие напряжения повышают сопротивление усталостному разрушению.

При цементации поверхностный слой стали насыщается углеродом, в результате чего в низкоуглеродистой стали, используемой для цементации, после закалки образуется прочный высокоуглеродистый поверхностный слой при относительно мягкой и вязкой сердцевине изделия. Скорость диффузии углерода в феррите наименьшая, в аустените наибольшая, поэтому процесс цементации проводят при температурах выше (900-970°С). Поскольку цементация является диффузионным процессом, то увеличение температуры цементации сопровождается увеличением глубины слоя, а содержание углерода в поверхностном слое будет определяться пределом растворимости углерода в аустените при данной температуре согласно диаграмме Fe-C. После охлаждения до комнатной температуры насыщенная углеродом (С > 0,8-0,9 %) поверхностная зона имеет структуру заэвтектоидной стали (перлит + цементит), глубже идет эвтектоидная зона (С = 0,8 %) и доэвтектоидная зона (С < 0,7 %), которая плавно переходит в структуру сердцевины. За техническую глубину цементированного слоя обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зон. Иногда за глубину слоя принимается расстояние от поверхности до первых участков феррита. Необходимый уровень эксплуатационных свойств достигается закалкой цементированных изделий с последующим низкотемпературным отпуском, после которых в поверхностном слое получается высокоуглеродистый мартенсит с высокой твердостью и износостойкостью, а в сердцевине - низкая твердость и высокая вязкость.

Поверхностную закалку проводят после нагрева поверхности вихревыми токами, возникающими в металле при помещении его в переменное электромагнитное поле высокой частоты (см. далее ч. III). Вследствие неравномерного нагрева (скин-эффект) в сечении закаленного изделия можно выделить три зоны: - поверхностно упрочненный слой (нагревается выше , после охлаждения имеет мартенситную структуру); - переходный слой (нагревается до < < , структура меняется от мартенситной до феррито-перлитной); - исходная структура сердцевины (нагрев ниже , поэтому структурных превращений практически не происходит). Глубина слоя оценивается по изменению твердости (0,8 от значения твердости на поверхности) или металлографически от поверхности до участков с 50 % мартенсита в структуре. Глубина, конфигурация и свойства закаленного слоя зависят от характера нагрева и охлаждения, от геометрии изделия и формы индукторов. Таким образом, для аттестации изделия в ряде случаев требуется определять не только глубину слоя, но и его твердость, и расположение слоя на изделии, что требует разработки измерительных преобразователей с большой локальностью измерений.

В основе неразрушающих методов контроля параметров упрочненных слоев лежит различие в физических свойствах слоя и сердцевины изделия. Чем больше это различие, тем более достоверным и надежным будет метод контроля.

При закалке с нагрева ТВЧ коэрцитивная сила закаленного слоя в 2-4 раза больше коэрцитивной силы сердцевины изделий. Различие между коэрцитивными силами цементированного слоя и сердцевины достигает наибольшего значения после последующей закалки и доходит до 10 раз. Однако контроль цементированных слоев осложняется большей, чем для закаленных слоев, протяженностью переходной зоны и наличием в структуре упрочненного слоя остаточного аустенита.

Определение параметров упрочненных слоев возможно за счет проникновения магнитного и электромагнитного полей на заданную глубину. Это может быть достигнуто двумя способами: а) намагничивание изделия в постоянных магнитных полях при помощи намагничивающих устройств определенной конфигурации и определение магнитных характеристик усредненных в заданном промагничиваемом объеме; б) применение для намагничивания контролируемых изделий переменных электромагнитных полей необходимой частоты.

Для определения глубины и прочностных характеристик упрочненных слоев широкое распространение нашли коэрцитиметры с приставными электромагнитами (упомянутый выше вариант а). Глубина проникновения магнитного потока в изделие в основном зависит от формы и размеров приставного электромагнита. Изменяя для П-образного электромагнита площадь сечения полюсов, расстояние между ними и высоту полюсов, можно получить различную глубину проникновения магнитного потока в изделие.

На рис. 2.57 в относительных единицах приведена полученная на поверхностно закаленных массивных изделиях обобщенная кривая зависимости показаний П-образных приставных электромагнитов различных размеров от глубины закаленного слоя. На указанной кривой можно выделить четыре участка.

Рис. 2.57. Обобщенная зависимость относительных значений показаний

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: