СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛИ И СПЛАВОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N3/58 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля механических свойств изделий из сталей и сплавов и может использоваться в машиностроении с целью контроля износостойкости изделий, подвергнутых закалке и последующему низкотемпературному отпуску или нагреву при эксплуатации.

Известен неразрушающий способ исследования износостойкости твердых тел, заключающийся в том, что в течение фиксированного промежутка времени регистрируют амплитуду сигналов акустической эмиссии фрикционного контакта [1] Об износостойкости твердого тела судят по величине указанного параметра. Недостаток способа, состоящий в необходимости применения способа непосредственно в ходе изнашивания и, значит, невозможности подвергнуть исследованию недеформируемую в данный момент времени деталь, следует из физической сущности явления акустической эмиссии, представляющей собой процесс распространения упругих волн в твердых телах при их деформировании. Кроме того, сложная форма и малые размеры изделий затрудняют регистрацию волн эмиссии, а грубая поверхность изделия (ниже 6-го класса шероховатости) обуславливают нестабильность акустического контакта, снижая чувствительность контроля. Зависимость акустического излучения от режима трения (скорость, сопутствующий нагрев) снижает достоверность способа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является взятый за прототип способ определения износостойкости твердых сплавов, заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле напряженностью порядка 5 Эрстед, измеряют магнитную проницаемость материала и по градуировочному графику "магнитная проницаемость стойкость", построенному для эталонного образца, определяют величину стойкости материала [2]
Недостатком способа-прототипа являются его ограниченные функциональные возможности, недостаточная чувствительность и достоверность контроля. Это связано с тем, что, во-первых намагничивающее поле напряженностью порядка 5 Эрстед предполагает определение информативного параметра, а именно магнитной проницаемости, на начальном участке кривой намагничивания. Различные в смысле магнитной жесткости сплавы в одних и тех же магнитных полях намагничиваются не одинаково: чем мягче в магнитном отношении сплав, тем более интенсивно он намагничивается. Так, для магнитожестких материалов, к которым можно отнести твердые сплавы, магнитная проницаемость, определяемая в указанном диапазоне намагничивающих полей, принимает значения, близкие к начальной магнитной проницаемости. Интенсивность намагничивания более магнитно-мягких материалов, например закаленных и низкоотпущенных сталей, в том же диапазоне магнитных полей растет. Следовательно, результаты измерения магнитной проницаемости по способу-прототипу будут зависеть от того магнитного состояния, в котором находится ферромагнитное изделие к началу измерительного процесса, что вызывает необходимость его предварительного размагничивания и тем самым существенно усложняет способ.

Кроме того, намагничивание изделия при определении магнитной проницаемости в данном методе контроля происходит в незамкнутой магнитной цепи переменным полем, которое вызывает возбуждение в поверхностном слое изделия сильных вихревых токов, вследствие чего возникает неравномерность индукции по сечению детали [1, 2] (ее неполное промагничивание) и, как результат, понижается чувствительность метода.

В интервале низкотемпературного отпуска износостойкость и магнитная проницаемость, измеренная в слабых магнитных полях, меняются неадекватно: как показали проведенные авторами исследования, значительная убыль износостойкости (в 2-4 раза в зависимости от твердости абразива) сопровождается очень слабым изменением магнитной проницаемости стали (не более 17%) (фиг.1). Диапазон ее изменения может быть еще меньше при наличии у изделия значительного размагничивающего фактора, который приводит к уменьшению намагниченности изделия в данном магнитном поле и, следовательно, является дополнительным источником погрешности данного методом контроля. Описанные недостатки, связанные с низкой чувствительностью способа-прототипа и влиянием на результаты контроля этим методом геометрических размеров и формы изделий, определяют низкую достоверность способа-прототипа.

Задачей изобретения является расширение области применения за счет возможности контроля износостойкости стальных изделий произвольной формы и размеров в условиях замкнутой магнитной цепи, повышение достоверности контроля за счет увеличения чувствительности способа и исключения влияния на результаты контроля размеров и формы изделий.

Задача достигается тем, что в известном способе, включающем намагничивание изделия, его намагничивают до насыщения постоянным магнитным полем, выключают магнитное поле, перемагничивают изделие постоянным магнитным полем противоположного знака до размагниченного состояния и измеряют величину коэрцитивной силы изделия, а износостойкость определяют по заранее выявленной корреляционной зависимости между износостойкостью и коэрцитивной силой.

Способ определения износостойкости сталей и сплавов заключается в намагничивании испытуемого материала при размещении его в магнитном поле. Перед намагничиванием испытуемый материал подвергают закалке и низкотемпературному отпуску. Намагничивание осуществляют постоянным магнитным полем до технического насыщения и определяют коэрцитивную силу. По полученной ранее зависимости коэрцитивной силы от износостойкости для эталонного материала определяют износостойкость.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена зависимость между начальной магнитной проницаемостью μ_н и износостойкостью для стали У8 (ε - износостойкость, полученная при истирании по корунду, e′ износостойкость, полученная при истирании по кремню).

На фиг. 2 приведены зависимости коэрцитивной силы Н_c и износостойкости от температуры отпуска (ε износостойкость, полученная при истирании по корунду, e′ износостойкость, полученная при истирании по кремню).

q - сталь У8, • - сталь 65Г.
На фиг. 3 приведены зависимости коэрцитивной силы Н_c и износостойкости от содержания углерода в мартенсите (ε износостойкость, полученная при истирании по корунду, e′ износостойкость, полученная при истирании по кремню).

q - сталь У8, • - сталь 65Г.
На фиг. 4 приведены корреляционные зависимости между коэрцитивной силой Н_c и износостойкостью для стали 65Г (ε износостойкость, полученная при истирании по корунду, e′ износостойкость, полученная при истирании по кремню).

На фиг. 5 приведены корреляционные зависимости между коэрцитивной силой Н_c и износостойкостью для стали У8 (ε износостойкость, полученная при истирании по корунду, e′ износостойкость, полученная при истирании по кремню).

Пример осуществления способа.

Для реализации предлагаемого способа использовались образцы из сталей 65Г и У8 квадратного сечения 7х7 мм, длиной 65 мм.

Образцы подвергались термической обработке по следующему режиму:
закалка от 815^oС (сталь 65Г) в масло и от 810^oС (сталь У8) в воду;
отпуск при различных температурах, а именно 20, 75, 100, 125, 150, 185, 200, 225, 250, 300, 400 град.С;
после отпуска образцы охлаждались на воздухе.

Коэрцитивная сила измерялась баллистическим методом по ГОСТ 15058-69. Погрешность измерений не превышает ±3%
Испытания на абразивную износостойкость проводились в условиях скольжения образцов по закрепленному абразиву корунду и кремню. Удельная нагрузка составляла 1 МПа, путь трения 17,6 м. Износостойкость определялась как отношение потерь массы эталона (армко-железо) к потерям испытуемого образца.

Содержание углерода в мартенсите определяли рентгенографическим методом. Ошибка составляла 0,05%С.

Зависимость коэрцитивной силы и износостойкости от температуры отпуска и содержания углерода в мартенсите представлены на фиг. 2 и 3 соответственно. Однозначность изменения Н_c и ε в интервале температур отпуска 75-250^oС для стали У8, 75-300^oС для стали 65Г свидетельствует о наличии линейной корреляционной связи (фиг. 4, 5) между износостойкостью и коэрцитивной силой и, следовательно, о возможности использования Н_c в качестве параметра неразрушающего контроля износостойкости закаленных и низкоотпущенных сталей.

Проведенный авторами статистический анализ позволил получить уравнения парной регрессии, связывающие коэрцитивную силу и износостойкость изделий (таблица 1).

Изобретение относится к области неразрушающего контроля механических свойств изделий из сталей и сплавов. Задачей является расширение области применения за счет возможности контроля износостойкости стальных изделий произвольной формы и размеров в условиях замкнутой магнитной цепи, повышение достоверности контроля за счет увеличения чувствительности способа и исключения влияния на результаты контроля размеров и формы изделий. Способ определения износостойкости сталей и сплавов заключается в закалке и низкотемпературном отпуске испытуемого материала, его намагничивания до технического насыщения и определения коэрцитивной силы, которую используют для определения износостойкости по полученной ранее зависимости коэрцитивной силы от износостойкости. 5 ил., 1 табл.

Способ определения износостойкости сталей и сплавов, заключающийся в том, что испытываемый материал намагничивают путем размещения его в магнитном поле, измеряют один из его магнитных параметров и по полученной ранее зависимости этого магнитного параметра от износостойкости для эталонного материала определяют износостойкость, отличающийся тем, что испытываемый материал перед намагничиванием подвергают закалке и низкотемпературному отпуску, намагничивание осуществляют постоянным магнитным полем до технического насыщения, а в качестве магнитного параметра определяют коэрцитивную силу.