Способ определения условий разрушения стальных изделий Советский патент 1988 года по МПК C21D11/00 G01N33/20 G01N23/223 

Изобретение относится к области контроля тер№1ческой обработки стали и может быть использовано при определении причин аварии механизмов, со- держащих под111ипт1ки.

Цель изобретения - noBbimeiMe точности и расширение технологических возможностей путем использования криволинейных участков отдельных частей разрушенного изделия.

Известный способ определения условий разрушения заключается в том, что из деталей исследуемого подшипника приготавливают металлографич.ескне иши фы (образцы) и измеряют характеристики материала, а именно твердость. Релаксация указанного параметра при нагреве деталей, которые в исходном состоянии находились в закаленном

состоянии, связана с распадом с/ - твердого раствора (мартенсита), являющегося матрицей структуры закаленного материала. Реализуемая в результате .этого распада коагуляция и коалесценция карбидной фазы при нагреве в докритической области (t° ,) вызывает снижение твердости материала деталей подшипника в широком интервале (60-25 HRC). И чем выше

температура нагрева в этой области, тем больше степень распада мартенсита и, следовательно, тем ниже твердость деталей. Эта закономерность действует в случа.е нагрева подшипника в докритической области.

Если температура нагрева превысила критическую Ас и достигла межкритического интервала Ас t нагрева

ACj или превысила закритическута тем пературу Ас, то в этом случае протекают фазовые превращения типа с( - и образуется новый твердый раствор - аустенит -v. В зависимости от скорости последующего охлаждения образуются те или иные продукты, которые имеют различную твердость. Скорость охлаждения определяется наличием или отсутствием масляной среды в рабочем объеме подшипника, Получаемьй в этом слу чае диапазон твердости образующихся структур совпадает с диапазоном твердости материала деталей подшипников при их нагреве в докритической области. Поэтому определить условия разру- шения подшипников (температуру нагреза, наличие масла) в случае их нагрева до аустенитной области только методом измерения твердости невозможно

О

д г .

5

.Цпя определения условий разрушения ПОДШИП1-1ИКОВ из деталей приготавливают металлографические шлифы (образцы) , измеряют твердость и дополнительно измеряют размеры кристаллов мартенсита и зерен аустенита, по. которым судят об условиях разрушения подшипников.

Так как наиболее распространенным материалом для изготовления подшипников является сталь типа OIX, то способ определения условий разрушеш я ПОД11ГИПНИКОВ разработан применительно к этому типу стали.

При достижении температуры фазовых превращений типа о( в материале образуется аустенит. При последующем охлаждении с большой скоростью, что возможно лишь при наличии масляной среды, происходит закалка материала деталей подшипника. Это привоидт к образованию продуктов неравновесной структуры, состоящей из игольчатого и остаточного м.артенситов. Количество мартенситной фазы, определенное -визуально по микроструктуре, выявленной в шлифе, и электромагнитным способом, колеблется в интервале 40-60%, остальное аустенитная фаза. Максимальный размер мартенситных кристаллов, определяемьш величиной аустенитно- го зерна, остается неболылим и обыч- , но ограничивается величиной наследственного зерна аустенита (7-8 балл), отношение размеров аустенлтного зерна в зоне разрушения к размеру аусте- нитных зерен в зоне с исходной структурой составляет 0,7-1,0.

При отсутствии масляной среды (при условии масляного голодания) происходит значительный-рост вапичины образующейся аустенитной фазы (2-3 балл), особенно в зоне беговых дорожек. Скорость последующего охлаждения при: этом незначительна и приводит к распаду аустенита с образовагшем равновесной структуры, состояш,ей из зерен пластинчатого перлита и расположенного по их границам цементита в виде цементной сетки. Б этом случае отношение величины аустенитногс зерна в зоне разрушения к величине аустенитного зерна в зоне с исходной структурой составляет 0,1-0,4.

Процесс определения условий разрушения подшипника по предлагаемому способу включает разрезку деталей подшипника с цапью вьшеэки обраэ ;оВ5

прнготоааепие пшифов, их трапдение в 6%-ном растворе азотной кислоты в спирте и исследование икpocтpyктypы для выявления образовавшихся фаз в материале деталей разрушенного подшипника. В процессе исследования измерялась твердость.

Пример. Исследовали подшипники, изготовленные из стали 15. Один подшипник бып разрушен в условиях нормального поступления масла, другой - при отсутствии масла. Из наружных и внутренних колец подшипников приготавливались шлифы в ради- аль}юм сечении, из тел качения в диаметральном сечегши. Травление шлифов осуществляли в 4%-ном растворе азотной кислоты в спирте. Исследование микрокструктуры проводили оптическим микроскопом.и NEOPHOT-21, твердость измеряли прибором ТК-2.

В результате анализа установлено} что микроструктура деталей первого подшип-ника представляет мелкоиголь- чатый мартенсит и остаточный аусте- нит. Твердость материала с такой структурой составляет 50-57 HRC. Содержание мартенсита в разных зонах колеблется от 40 до 60%, что подтверждено измерением электромагнитным способом.

Измерение длины мартенситных кристаллов, являющихся.продуктом вторичной закалки, показало, что их максимальная длина соответствует величине зерна аустенита (7-8 балл), равного размеру наследственного зерна. Такая структура материала.деталей первого подшипника (сталь ШХ 15) могла образоваться лишь при нагреве до температуры полиморфного превращетшя, со провонсдающейся фазовой перекристал- лиза11;ией (t° нагрева 800°С), и последующем быстром охлаждении при наличии закаливающей среды, какой является масляная среда для стали типа ШХ„ Отсутствие роста величины зерна аустенита при нагреве также свидетельствует о том, что процесс нагрева первого подшипника происходил в масляной среде, препятствующей росту зерна аустенита.

Таким образом, наличие кристаллов игольчатого мартенсита, наибольший размер которых соответствует 7-8 балл аустегштного зерна, а также отсутствие роста зерна аустенита свидетель342

стпуют о том, что первьй подшишшк разрупшлся при .наличии масляной среды. Микроструктура материала деталей

.- второго подшипника представляет равь

новесную систему, состоящую из крупных зерен пластинчатого перлита (2- 3 балл) и цементной сетки, расположенной по их границам. Твердость материа0 ла при этом составляет 25-30 HRC. Такое строение структуры соответствует равновесному состоя.нию заэвтектоидной стали, какой является сталь ШХ 15, содержащая 0,9-1,05% углерода, Формиро15 вание равновесной структуры пластинчатого строения возможно лишь при нагреве до температуры полиморфного превращения, сопровождающегося фазовой перекристаллизацией, и последующем ох0 лаждении с малой скоростью, что происходит при отсутствии масляной среды. В результате такого охлаждения происходит выделение из аустенита избыточной карбидной фазы в виде цемен25 тита по границам зерен аустенита и обеднение аустенита yглepoдoм JO эвтектоидного состояния (0,8% С).По достижении при охлаждении температуры АГ происходит превращение типа аус- 0 те1 итпластинчатый перлит. Измерение зерен образовавшегося перлита показало, что они соответствуют 2-3 балл, что свидетельствуют о нагреве подшипника до более высокой температуры

3S (- ).

Таким образом, наличие равновесной структуры, состоящей из цементита и зерен пластинчатого перлита 2-3 балл, является признаком отсутствия масля-- ной среды при разрушении второго подшипника .

Положительный эффект предложенного . способа состоит в том, что повышается }g точность известного способа, которая объясняется тем, что использование известного способа не всегда поз- в оляет однозначно оценить условия разрушения подшипников, так как при

0

чь

50

ИХ нагреве в докритической области

при отпуске твердость материала изменяется в диапазоне от 60 HRC (исходное состояние) до 25 HRC (полностью отожженное состояние стали gg т-ипа ШХ) , В этом же диапазоне изменяется твердость при нагреве до за- критической области. Только лишь при охлаждении в масляной среде твердость материала составляет 50

56 HRC, при отсутствии масла 25- 30 HRC.

Указанный недостаток при определении условий разрушения подшипников устраняется предлагаемым способом за счет дополнительного измерения размеров кристаллов мартенсита и зерен аустенита, по котррым судят об условиях разрушения подшипников.

Предлагаемый способ позволяет существенно расширить диапазон определения как температуры нагрева подшипников вплоть до АГэ,так и повысить достоверность определения условий их разрушения в целом. Комплексное применение предлагаемого способа (металлографический анализ) совместно с известным способом (измерение твердости) позволяет полностью исключить ошибочные выводы по причине разрушения тех или иных подшипниковых соединений, изготавливаемых из стали типа ШХ.

Предлагаемый способ позволяет так- же определять условия разрушения подшипников по результатам исследования в локальных объемах и на криволинейных участках, где невозможно определить условия разрушения методом измерения твердости. Использование предлагаемого способа обеспечивает боль- .шую степень доказательства и наглядности при определении условий разру

в а е14183А26

Предложенный способ применим в отраслях, занимающихся вопросами исследования процессов разрушения металлов и сплавов. Применение указанного способа способствует повышению эксплуатационной надежности изделий машиностроительной промьгашенности и увеличению ее ресурсов.

Формула изобретения

I

Способ определения условий разрушения стальных изделий, преимущественно подшипников, включающий приготовление металлографического тлифа на частях разрушенного изделия, измерение -параметров микроструктуры в зонах разрушения и в зонах с исходной структурой, определение условий разрушения по отношению этих параметров, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и расширения технологических возможностей путем использования криволинейных участков отдельных частей разрушенного изделий, в качестве параметра измеряют величину балла аустенитного зерна по наибольшей длине мартенситных кристаллов или зерен перлита, а условия разрушения подшипника определяют по отношению величины балла зерна в зоне разрушения к величине балла зерна в зо

Изобретение относится к контролю термической обработки стали и может быть использовано при определении причин аварии механизмов, содержащих подшипники. Цель изобретения - повьшение точности и расширение технологических возможностей путем использования криволинейных участков отдельных частей разрушенного изделия. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют величину балла {lyc- тенитного зерна по наибольшей длине мартенситных кристаллов или зерен перлита в зонах разрушения при износе подшипника и в зонах с исходной структурой и по отношению этих величин судят об условиях разрушения подшипника. Если отношение величины балла аустенитного зерна в зоне разрушения к величине балла аустенитного зерна в зоне исходной структурой составляет 0,7-1,0, то разрушение про- изошпо при наличии смазочного масла в подшипнике, а при отношении, равном 0,1-0,4, разрушение произопшо при отсутствии смазочного масла в подшипнике. (/)

шения подшипников за счет дополнитель-35не с исходной структурой, при этом

ного измерения количественных и каче-если это отношение составляет 0,7-1,0,

ственных параметров структуры материа-то разрушение произопшо при наличии

ла деталей подшипников, что важно длясмазки в подшипнике, а при отношении, выявления действительных причин разрушения. 40

равном 0,1-0,4, разрушение произошло при отсутствии смазки в подшипнике,

смазки в подшипнике, а при отношении,

равном 0,1-0,4, разрушение произошло при отсутствии смазки в подшипнике,