Контроль качества термической обработки металлов
Основным видом контроля качества инструмента после термической обработки является измерение твердости, а в отдельных случаях в выборочном порядке — анализ микроструктуры, вида излома или проверка на отсутствие трещин.
Измерение твердости можно производить: 1) на 100% изделий (сплошной контроль) и 2) на части изделий, обычно 5—10% от партии (выборочный контроль). Схема организации контроля приведена в табл. 75.
А) Контроль твердости. Контроль твердости необходимо производить:
а) после отжига, в виде выборочного контроля, с целью установить правильность выполнения заданного режима отжига и возможность передачи заготовок для механической обработки; если измерение твердости показывает несоответствие ее значениям, установленным в технологических инструкциях или картах, то надо произвести сплошной замер твердости. В этом случае заготовки, имеющие нормальную твердость, отбирают и направляют для механической обработки, а остальные заготовки возвращают для дополнительной термообработки в порядке, изложенном ранее;
б) после закалки инструмента — выборочный контроль для проверки правильности принятого режима закалки; если значения твердости не будут соответствовать норме, установленной для данной марки стали, то производят сплошной контроль твердости инструмента и выборочный контроль по микроанализу, на основании которых принимают решение о дальнейшей обработке инструмента (передача для отпуска или для вторичной термообработки, начиная со стадии отжига);
в) после отпуска — сплошной контроль на твердость; инструмент, показавший пониженную твердость, возвращают для новой обработки, начиная с отжига, но предварительно проверяют причины получения пониженной твердости, в частности, в порядке, указанном ранее; инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали и показавший твердость ниже 61—62 Rс, для цианирования не передают;
г) после цианирования — выборочный контроль на твердость по Виккерсу и по Роквеллу; если твердость не будет отвечать норме, то производят сплошной контроль твердости, после которого инструмент, не получивший требуемой твердости, передают в выборочном порядке для микроанализа. Если последний установит отсутствие цианированного слоя необходимой толщины (при пониженной твердости по Виккерсу), то инструмент после очистки и промывки направляют для дополнительного цианирования; если же микроанализ обнаружит чрезмерно толстый нетравящийся слой (обычно при повышенной твердости по Виккерсу), то инструмент признают браком. Инструмент, показавший пониженную твердость по Роквеллу (ниже 60—61 Rс), возвращают для отжига и вторичной термообработки и одновременно проверяют температуру цианистой ванны.
При измерении твердости надо руководствоваться следующим:
а) показания приборов Роквелла и Виккерса в начале смены проверяют по эталону;
б) плоскость, на которой производят измерение, аккуратно зачищают таким образом, чтобы она была строго параллельна опорной плоскости столика прибора, на котором устанавливается инструмент; на замеряемой поверхности и на противоположной стороне, устанавливаемой на столике прибора, не должно быть окалины;
в) если толщина измеряемого инструмента менее 6 мм и имеет небольшую поверхность, то измерения в отожженном состоянии производят не на приборе Бринеля, а на приборе Роквелла (шкала В) стальным шариком при нагрузке 100 кг; такие измерения производят для металла, имеющего твердость не выше 228—235 Hв ( т. е. не выше 100 единиц по Роквеллу, шкала В);
г) замеры на аппарате Роквелла производят в трех точках, причем для расчета принимают среднее значение от второго и третьего показаний (т. е. первый замер не учитывается);
д) твердость цианированного слоя замеряют на аппарате Виккерса при нагрузке 5 кг; поверхность инструмента после цианирования не зачищают; в случае загрязнений допускается незначительная очистка на сукне;
е) твердость некоторых инструментов вследствие их сложной формы (зенкеры, сверла, развертки, хвостовые фрезы) трудно измерить непосредственно на столике приборов Роквелла и Виккерса. Для контроля твердости некоторых из этих типов инструментов, например, зенкеров, хвостовых фрез, рекомендуется устанавливать их на столике прибора Роквелла в специальном приспособлении (трубках), в которые помещают хвостовик; это позволяет измерять твердость инструмента в торцевой части. При цианировании такого инструмента следует одновременно погружать в ванну или в печь эталоны закаленной и отпущенной быстрорежущей стали твердостью 63—64 Rс; измерение твердости эталона после цианирования позволит судить о качестве процесса. Твердость остальных типов инструмента (сверла и т. д.) после закалки и отпуска надо определять напильником. Надо учитывать при этом, что напильник должен пилить эталон с твердостью 62 Rc, слабо «прихватывать» эталон с твердостью 63 Rc и не оставлять следов на эталоне с твердостью 64,5—65 Rc. He следует, по возможности, замерять напильником твердость быстрорежущей стали и стали марок Х12 и Х12М после закалки, а стали ЭИ184, Х12 и Х12М — также и после отпуска, так как сталь этих марок содержит много остаточного аустенита, что искажает показания напильника. Последний покажет высокую твердость (выше 62 Rc) также в случаях, когда инструмент не будет достаточно отпущен и измерение по Роквеллу обнаружит твердость 58—60 Rc (напильник такую сталь не «берет»),
Б) Контроль по микроструктуре. Контроль по микроструктуре производят в выборочном порядке:
а) после отжига для проверки, в какой степени обеспечивает принятый для данной печи режим отжига получение структуры мелкозернистого перлита;
б) перед закалкой очередной значительной партии инструмента (например, более 50 шт.); для этого производят опытную (пробную) закалку одного-двух инструментов, а затем их микроанализ. Данные этого анализа позволяют уточнить режим закалки для всей партии инструмента;
в) после цементации — для проверки толщины цементованного слоя на «свидетелях»;
г) после цианирования — для проверки правильности ведения процесса.
В) Контроль по излому. Контроль по излому производят:
а) при цементации — на «свидетелях», для чего их после цементации закаливают, а затем ломают;
б) на поковках или закаленном инструменте быстрорежущей стали при наличии предположений о возникновении нафталинистого излома.
Г) Контроль обезуглероживания. Проведение отжига в ящиках с чугунной стружкой или с отработанным карбюризатором и обкатка инструмента из быстрорежущей стали в буре в случае нагрева его в печи для закалки обеспечивают достаточную защиту от обезуглероживания и окисления. Основной задачей контроля является предупреждение обезуглероживания инструмента из быстрорежущей стали при нагреве в хлорбариевой ванне. Контроль производят раз в сутки или в смену после раскисления ванны измерением твердости по Виккерсу или микроанализом по способу Садовского.
Контроль обезуглероживания легированной или углеродистой стали производят способом микроанализа в случае нагрева инструмента в соляной ванне, содержащей соду, или в случае длительного нагрева в печи для закалки или нормализации. Такой контроль выполняют три-четыре раза в месяц.
Д) Контроль на отсутствие трещин. Этот вид контроля производят после закалки и отпуска сложного фасонного инструмента в выборочном порядке погружением его в крокус или в керосин. Более простым способом является проверка в керосине, заключающаяся в следующем. Инструмент очищают от грязи, масла, солей и т. п., а затем погружают в керосин и выдерживают в нем 10—15 мин. После этого инструмент очищают пескоструйным аппаратом, в результате чего поверхность его принимает серебристоматовый цвет, но в местах трещин керосин выступает наружу в виде более темных линий. С течением времени керосин испаряется. Поэтому осматривают инструмент немедленно после обдувки его на пескоструйном аппарате.
Е) Контроль на отсутствие ожогов при шлифовке. Шлифовка инструмента, производимая с большей скоростью и без достаточного охлаждения, создает повышенный разогрев и самоотпуск поверхностного слоя металла. Твердость его при этом снижается и на поверхности образуются цвета побежалости (ожоги). Если шлифовку оканчивают замедленно, то цвета побежалости снимаются и дефекты шлифовки не обнаруживаются при обычном осмотре.
Для проверки качества шлифовки инструмент очищают от следов жира и масла и погружают в 10%-ный раствор азотной кислоты в спирте. Если при шлифовке возникли ожоги, то на соответствующих участках поверхностного слоя после травления образуются пятна желто-коричневого цвета повышенной травимости.
Коротин И.М. Контроль качества термической обработки металлов. Учебное пособие для технических училищ. М.: Высшая школа, 1980. 192 с.: ил. (Профтехобразование. Термическая обработка металлов).
Учебное пособие для технических училищ. —- М.: Высшая школа, 1980. — 192 с.: ил. — (Профтехобразование. Термическая обработка металлов).
Приведены основные сведения о визуальных методах контроля качества термической обработки, дана методика определения размеров и деформаций контролируемых деталей универсальными измерительными инструментами, рассмотрен порядок проведения химического анализа и механических испытаний металлов и сплавов, описаны основные методы неразрушающего контроля термически обработанных деталей, даны краткие сведения о металловедении и теории термической обработки, рассмотрены вопросы стандартизации и техники безопасности.
Основы металловедения и термической обработки
Понятия о металловедении.
Понятие о макро- и микроструктуре металлов и сплавов.
Понятие о фазовых превращениях в сплавах.
Диаграммы состояния двухкомпонентных систем.
Диаграмма состояния железо—углерод.
Превращения в сплавах при тепловой обработке.
Термическая обработка стали
Отжиг и нормализация.
Отпуск, старение и обработка холодом.
Термическая обработка легированных сталей.
Термическая обработка чугуна.
Термическая обработка цветных сплавов.
Химико-термическая обработка стали.
Оборудование термических цехов.
Приборы для измерения температуры.
Приборы для контроля расхода и состава газа.
Приборы для определения атмосферы по точке росы.
Технологический процесс термической обработки изделий
Понятие о производственном и технологическом процессах.
Основные правила разработки технологических процессов термической обработки.
Выбор оптимальных режимов термической обработки.
Технологическая документация и ее виды.
Типовые технологические процессы термической обработки осей и валов.
Типовые технологические процессы термической обработки зубчатых колес.
Типовые технологические процессы термической обработки инструмента.
Технологические процессы термической обработки отливок и поковок.
Контроль качества термической обработки
Визуальные методы контроля.
Контроль размеров и выявление деформаций деталей.
Определение химического состава и отбор образцов для анализа.
Механические испытания металлов и сплавов.
Контроль структуры металлов.
Основные физические методы неразрушающего контроля.
Ультразвуковая дефектоскопия.Электромагнитный метод контроля.
Контроль качества химико-термической обработки.
Контроль качества исходных материалов.
Организация технического контроля
Основные объекты контроля'на производстве.
Классификация видов технического контроля.
Организация технического контроля на предприятии.
Основные функции контролеров в термических цехах.
Права и обязанности работников ОТК.
Новые формы организации технического контроля.
Клеймение продукции, принятой ОТК.
Техническая документация контроля и ее оформление.
Технический учет и анализ брака.
Сведения о стандартизации и качестве продукции
Стандартизация и ее основные задачи.
Категории стандартов и объекты стандартизации.
Организация Государственного надзора и ведомственного контроля.
Единая система технической документации.
Метрологическая служба и ее задачи.
Система управления качеством продукции.
Аттестация качества продукции.
Техника безопасности, электробезопасности и противопожарные мероприятия на предприятии
Техника безопасности на территории предприятия.
Техника безопасности в термических цехах.
Техника безопасности при работе на рентгеновских аппаратах и гамма-установках.
Контроль качества термической обработки
Процесс тепловой обработки металлов и сплавов в целях придания им заданной структуры и свойств называется термической обработкой. Различают собственно термическую обработку, химико-термическую и термомеханическую.
Собственно термической обработкой металлов и сплавов называется процесс изменения их внутреннего строения (структуры) путем нагрева, выдержки и последующего охлаждения в целях получения необходимых физико-механических свойств этих материалов. Ее основными видами являются отжиг, закалка и отпуск.
Химико-термическая обработка представляет собой насыщение поверхности металла элементами, повышающими твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Этот процесс требует повышенных температур и длительных выдержек. К наиболее распространенным методам химико-термической обработки стали относятся: цементация (насыщение углеродом),, азотирование (насыщение азотом), цианирование (одновременное насыщение углеродом и азотом), диффузионная металлизация, или поверхностное легирование. Последний метод в зависимости от насыщающего элемента подразделяют на хромирование, алитирование, силицирование (насыщение соответственно хромом, алюминием, кремнием) и др.
Термомеханическая обработка — новый метод обработки металлов, позволяющий повысить механические свойства по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском. Она заключается в сочетании пластической деформации С термообработкой.
Рассмотрим основные виды собственно термической обработки сталей, отличающиеся друг от друга режимами термообработки, т. е. температурой нагрева, выдержкой при этой Температуре и скоростью охлаждения.
Изменение внутренней структуры1 стали в процессе нагревания при различных видах термообработки зависит от содержания в ней углерода. Поэтому выбор температуры нагрева производят по специальной диаграмме ( 49), которая является частью более полной диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов. По горизонтальной оси на ней указано содержание углерода в процентах, а по вертикальной — температура нагрева стали в градусах Цельсия. Заштрихованные участки диаграммы показывают оптимальные температурные интервалы нагрева стали при различных видах термообработки.
Отжиг — это нагрев стали до температуры, определяемой целью отжига, выдержка при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига — устранение химической неоднородности сталей, понижение твердости для облегчения механической обработки и др. Полный отжиг осуществляется путем нагрева стали на 30—50°С выше температур, определяемых линией GSK; выдержки при этой температуре и последующего охлаждения вместе с печью. Время выдержки должно быть достаточным для нагрева изделия по всему сечению.
Разновидностью полного отжига является нормализация, заключающаяся в нагреве стали на 30—50°С выше линии GSE, выдержке при этих температурах с последующим охлаждением на воздухе. Цель нормализации — снятие остаточных напряжений в металле и выравнивание его структуры.
Закалка состоит из нагрева стали до температур выше на 30—50°С линии GSK с последующим быстрым охлаждением. Основная цель закалки — повышение твердости и прочности стали.
Кроме обычной полной закалки стали, может производиться поверхностная. Наиболее распространена поверхностная закалка токами высокой частоты с помощью специальных генераторов, дающих переменный ток с частотой до 10 млн. герц. Нагрев изделия осуществляется индуктором, по которому проходят токи высокой частоты. Индуктор наводит (индуцирует) токи в изделии, помещенном внутри его. Изготовляют индуктор обычно из полых медных трубок, по которым циркулирует вода. Благодаря этому сам индуктор не нагревается. Форма индуктора должна повторять форму изделия, чтобы нагрев производился равномерно по всей поверхности изделия.
В процессе отпуска уже закаленная сталь нагревается до температуры ниже линии PSK, выдерживается при этой температуре и охлаждается на воздухе или в масле. Главная цель отпуска — снизить хрупкость закаленной стали.
Температура нагрева при отпуске колеблется от 75 до 650°С.
Выбор той или иной температуры зависит от назначения изготовляемой детали. При повышении температуры нагрева твердость и прочность закаленной стали снижаются, а вязкость увеличивается.
В практике термообработки различают три вила отпуска: низкий, который выполняется при температурах до 250°С, средний — при температурах до 450°С и высокий — при температурах до 650°С. Высокий отпуск обеспечивает более полное снятие остаточных напряжений, высокую вязкость и достаточную прочность стали.
Для термической обработки сталей применяется специальное оборудование, состоящее из нагревательных устройств, приспособлений (бачки с водой и маслом, закалочные клещи и т. д.) и приборов для контроля теплового режима и результатов термической обработки. Из нагревательных устройств используются главным образом электрические муфельные печи и печи, работающие на жидком или газообразном топливе. В качестве охлаждающих сред служат воздух, масло, вода, растворы солей в воде.
Для контроля теплового режима применяют обычно термоэлектрические пирометры, состоящие из термопары и гальванометра со шкалой в градусах Цельсия.
Результаты термообработки можно проверить пробой напильником или определением твердости сталей твердомерами и испытанием на ударную вязкость.
Изменение свойств сплава, которое создается в результате термической обработки, должно быть остаточным, иначе в термической обработке не было бы никакого смысла.
Для изменения свойств сплава необходимо, чтобы в сплаве в результате термической обработки произошли остающиеся изменения, обусловленные в первую очередь фазовыми превращениями.
Все виды термической обработки можно разделить на четыре основные группы.
Первая группа.
Предшествующая обработка может привести металл в неустойчивое состояние. Так, холодная пластическая деформация создает наклеп - искажение кристаллической решетки. При затвердевании - не успевают протекать диффузионные процессы, и состав металла даже в объеме одного зерна оказывается неоднородным. Быстрое охлаждение или неравномерное приложение напряжений делает неравномерным распределение упругой деформации. Неустойчивое состояние при комнатной температуре сохраняется долго, так как теплового движения атомов при комнатной температуре недостаточно для перехода в устойчивое состояние.
Нагрев (увеличение тепловой подвижности атомов) приводит к тому, что процессы, приводящие металл в устойчивое состояние (снятие напряжений, уменьшение искажений кристаллической решетки, рекристаллизация, диффузия), достигают заметных скоростей.
Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате какой-то предшествующей обработки получил неустойчивое состояние, и приводящая его в более устойчиво стояние, называется отжигом.
Если в сплавах при нагреве происходит фазовое превращение (аллотропическое превращение, растворение второй фазы и т.д.), то нагрев выше некоторой критической температуры вызывает изменение в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полное и фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию.
Существуют два вида отжига. Если сплав не имеет фазовых превращений, то любой нагрев сплава с неравновесной структурой приводит сплав в более равновесное состояние. Такой отжиг называется отжигом первого рода. Если у сплава есть фазовое превращение, то нагрев сплава с неравновесной структурой (но не обусловленной закалкой) выше температуры фазовых превращений с последующим медленным охлаждением приводит сплав в более равновесное состояние. Такая обработка тоже относится к отжигу, во классифицируется как отжиг второго рода или фазовая перекристаллизация.
Вторая группа.
Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждении) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратное превращение вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Такая операция называется закалкой. Во многих случаях закалка не фиксирует совсем (или фиксирует не полностью) состояние сплава, устойчивое при высоких температурах. Поэтому предельный случай закалки, когда состояние сплава, характерное для высоких температур, фиксируется, называется истинной закалкой, в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая его стадия структурного превращения, при которой в сплаве не достигнуто еще равновесное состояние.
Закалка бывает объемной (под закалку нагревают насквозь все изделие) и поверхностной (осуществляют местный, чаще поверхностный) нагрев.
Между закалкой и отжигом второго рода есть общее. И в том, и в другом случае сплав нагревается выше температуры фазового Превращения, и окончательное строение приобретает в результате превращения при последующем охлаждении. Однако между обоими видами имеется и принципиальная разница. При отжиге второго рода цель охлаждения - приближение сплава к равновесному состоянию, поэтому охлаждение проводят медленно. При закалке охлаждение быстрое, чтобы отдалить структурное состояние сплава от равновесного.
Третья группа.
Состояние закаленного сплава характеризуется неустойчивостью. Даже без всякого температурного воздействия в сплаве могут происходить процессы, приближающие его к равновесному состоянию. Нагрев сплава, увеличивающий подвижность атомов. способствует этим превращениям. При повышении температуры закаленный сплав все больше приближается к равновесному состоянию. Такая обработка, т.е. нагрев закаленного сплава, но ниже температуры равновесных фазовых превращений, называетсяотпуском. И при отжиге первого рода, как и при отпуске, сплав приближается к структурному равновесию. В обоих случаях начальную стадию характеризует неустойчивое состояние, только для отжига первого рода оно было результатом предварительной обработки, при которой, однако, не было фазовых превращений, а для отпуска - предшествовавшей закалкой. Таким образом, отпуск - вторичная операция, осуществляемая всегда после закалки. Отпуск иногда называют старением. В одних случаях старением называют длительный низкотемпературный нагрев, объединяя при этом отжиг 1 рода и отпуск, в других - нагрев закаленной стали называют отпуском, а нагрев закаленных сплавов цветных металлов - старением. Сейчас рекомендуют такое разграничение отпуска и старения: отпуск — это нагрев закаленного сплава, имеющего фазовые превращения; старение — это нагрев закаленного сплава, не имеющего фазовых превращений. В этом случае закаленное состояние характеризуется пересыщением твердого раствора. Дадим краткое определение основных видов термической обработки.
Отжиг — термическая операция, состоящая в нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки, и приводящая металл в более устойчивое состояние.
Закалка — термическая операция, состоящая в нагреве выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава.
Отпуск — термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния сплава.
Кроме этих основных видов термической обработки, имеются еще два принципиально отличных способа, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.
Способность металлов растворять различные элементы позволяет при повышенных температурах атомам вещества, окружающего поверхность металла, диффундировать внутрь его, создавая поверхностный слой измененного состава. При этой обработке изменяется не только состав, но и структура поверхностных слоев, а иногда сердцевины. Такая обработка называется химико-термической обработкой (ХТО). К этому виду химико-термической обработки относится как бы обратный процесс - удаление элементов путем подбора соответствующих сред. Диффузионная подвижность неметаллов (C, N, O, H, B) существенно отлична от подвижности металлов, поэтому химико-термическую обработку подразделяют на диффузионное насыщение неметаллами и металлами.
Обработка по этому виду одновременно принадлежит двум разделам технологии металла, так как при химико-термической обработке направленно изменяется и состав металла, и его структура. Укажем, что сквозная цементации (насыщение стали углеродом) в середине прошлого века и ранее была типичным металлургическим процессом, так как только таким способом изготавливали высокоуглеродистые стали.
В последнее время применение получает обработка, в которой в едином технологическом процессе сочетаются деформация и структурные превращения. Такая обработка получила название деформационно-термическая. Очевидно, в данном случае имеем объединение механической технологии и термической обработки.
Существенное значение имеет и такой факт, когда осуществляется пластическая деформация до или после превращения. Для того, чтобы разделить эти процессы, деформационно-термическую обработку разделяют на термомеханическую обработку ТМО (деформация осуществляется до превращения) и механико-термическую обработку МТО (деформация осуществляется после превращения). Таким образом, к трем основным видам термической обработки (отжиг, закалка, отпуск) должны быть добавлены две сложные обработки:
химико-термическая обработка - нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев;
деформационно-термическая обработка — деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа.
Классификация брака термической обработки деталей. Цель термической обработки — придание стальным деталям таких свойств, которые обеспечивают их длительную работу без разрушения. Процессы термической обработки, как правило, включают нагрев и охлаждение. Брак деталей в результате термической обработки зависит от ряда причин, к которым необходимо отнести: несоответствие результатов анализа марке стали, предназначенной для изготовления данной детали; наличие пороков в металле; нарушение температурного режима нагрева и охлаждения деталей; нарушение состава нагревательной и охлаждающей среды; изменение метода погрузки деталей на приспособление, на под печи, в бак с закалочной средой; небрежное выполнение подсобных и дополнительных операций.
Несоответствие результатов анализа марке стали. Этот брак возникает не только в результате перепутывания заготовок на предыдущих этапах изготовления или на складе, но и в случае, когда из-за небрежности при приемке материала неправильно определено содержание некоторых элементов, оказывающих решающее влияние на качество при термической обработке. К таким элементам относятся в первую очередь углерод, сера, фосфор.
Для обеспечения идентичных результатов при закалке деталей весьма важно ограниченное (до 0,05 %) содержание углерода, т. е. нужна марка, отобранная (селектированная по углероду). Влияние содержания углерода на степень прокаливаемое™ весьма велико; отклонение от заданного .содержания может вызвать резкое снижение качества изделия. Особенно большое влияние оказывает содержание углерода на твердость при нагреве деталей под закалку токами высокой частоты. В зависимости от содержания углерода в стали при закалке получают различное количество мартенсита и, следовательно, различную твердость. Повышенное содержание углерода в цементируемых сталях может привести к их охрупчиванию из-за повышения твердости сердцевины сверх установленной нормы. В этом случае при правке деталей вращения получают массовый брак.
Пониженное содержание углерода в закаливаемых сталях приводит к неполной закалке, характеризующейся наличием в структуре феррита. В результате после отпуска деталь может иметь твердость, предусмотренную техническими условиями эксплуатации, однако предел выносливости будет пониженный из-за наличия в структуре феррита — слабой по механическим свойствам составляющей. Вследствие этого необходимо вводить в показатели контроля качества наряду с твердостью предел текучести и микроструктуру.
Повышенное содержание в стали серы и фосфора по сравнению со значениями, предусмотренными ГОСТ ами или ТУ, приводит к браку — поломке деталей вследствие хрупкости при правке и эксплуатации.
Отклонение содержания других входящих в состав наиболее употребительных сталей элементов, таких, как хром, никель, марганец, кремний, в диапазоне 0,1—0,2 % в ту или иную сторону не так сильно влияет на качество продукции.
Пороки в металле. Брак из-за наличия в металле пороков, обнаруживаемых в результате термической обработки, встречается весьма часто. Наличие пороков в металле не всегда удается установить до термической обработки. Трещины, раковины, флокены, пузыри, шлаковые включения, риски, волосовины, закаты — это пороки металла, влияющие на качество
термически обработанных деталей и приводящие к браку «по вине металла». Эти пороки нарушают однородность металла и создают в местах их нахождения очаги разрушения.
Сюда можно отнести также брак из-за коробления деталей или несоответствия нормам механических свойств сердцевины цементованной детали (несоответствие зернистости марки стали установленной техническими условиями). Этот вид брака редко классифицируют правильно, так как зернистости стали не всегда придают значение.
Нарушение температурного режима нагрева и охлаждения деталей. Соблюдение режима операций нагрева и охлаждения — основное правило для обеспечения качества.
Нагрев деталей при термической обработке выполняют в строгом соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов; нарушение режима нагрева неизбежно приводит к нарушению-соответствующих диаграмме закономерностей и, как следствие, вызывает брак детали. Нагрев до температуры ниже верхней критической точки при закалке деталей приводит к уменьшению их твердости и прочности. Нагрев до температуры значительно выше верхней критической точки при закалке стальных деталей вызывает перегрев, связанный с ростом размеров зерна стали, особенно при длительной выдержке при высокой температуре. В результате получают брак деталей по деформации, хрупкости при правке и поломке в эксплуатации из-за снижения прочности металла. Нагрев выше установленной температуры при отпуске приводит к уменьшению твердости, а нагрев ниже установленной температуры — к увеличению твердости.
Проведение процесса цементации или цианирования при температуре выше установленной приводит к браку из-за перегрева металла, т. е. к увеличению хрупкости и деформации, а также к значительному увеличению глубины слоя и перенасыщению его углеродом, что вызывает образование либо цементитной сетки, либо избытка аустенита при закалке. Проведение процесса цементации или цианирования при температуре ниже установленной приводит к недостаточному насыщению углеродом цементованного или цианированного слоя и браку при закалке из-за недостаточной твердости поверхности детали.
При нагревании детали токами высокой частоты (при закалке) явление перегрева также возможно, но оно вызывает лишь появление игольчатой мартенситной структуры. Недогрев в этом случае также сопровождается уменьшением твердости и образованием феррита или троостита.
Уменьшение напора воды, подаваемой через индуктор при закалке нагретой токами высокой частоты поверхности, приводит к резкому снижению твердости; увеличение напора воды сверх установленной нормы вызывает образование трещин в местах удара струи о поверхность детали.
При охлаждении деталей в каустическом растворе необходимо контролировать концентрацию раствора, так как повышенное содержание каустика приведет к браку по короблению и трещинам.
Состав нагревательной среды имеет исключительно важное значение для качества деталей, подвергаемых термической обработке. За исключением случаев, когда среда подобрана специально для процесса химико-термического упрочнения, она должна быть нейтральной или восстановительной во избежание окисления поверхности детали.
Наличие в нагревательной среде избытка кислорода приводит к образованию окалины или обезуглероживанию поверхности, вследствие чего детали будут забракованы по твердости. Образование окалины (окиси железа) связано с окислением стали под действием кислорода, углекислого газа, паров воды. В состав печного га^а могут входить различные газы: угарный, углекислый, кислород, водород, водяные пары, азот, метан. Водород обезуглероживает поверхность, углекислый газ окисляет, кислород и водяные пары окисляют и обезуглероживают, угарный газ и метан науглероживают (но после реакции распада могут окислять и обезуглероживать). Нейтральную атмосферу в печи создают в зависимости от температуры и состава стали подбором определенного соотношения различных газов.
Изменение метода погрузки и выгрузки деталей. Размещение деталей на поддоне или поду печи при нагреве имеет исключительно важное значение. Например, если установить зубчатые колеса вертикально на приспособлении, повесив их на штанге, то зубчатый венец образует эллипс, или, если осевые зубчатые колеса расположить горизонтально, установив ось на двух опорах, то также произойдет коробление по ори. Размещение зубчатых колес в стопках вертикально обеспечит минимальное коробление.
Нарушение установленного способа погружения деталей в закалочную среду также ведет к браку вследствие коробления детали. Длинные оси и валы следует опускать в закалочную среду вертикально.
Методы предупреждения брака в термических цехах. Для предупреждения брака цементуемых деталей, кроме систематического контроля за работой гальванометров, необходимо проверять состав цементующего газа, состав и температуру масла в закалочном баке. Эти показатели необходимо контролировать и для предупреждения брака цианируемых и азотируемых деталей.
Один из наиболее эффективных методов предупреждения брака — использование статистических данных по анализу качества деталей. На основании данных этого анализа определяют основные причины брака и принимают меры для исправления технологии или внесения коррективов в технические условия на детали. Этот метод позволяет,, например, уменьшить брак по деформации деталей, изнашиванию и поломкам. На практике с использованием этого метода были решены весьма сложные вопросы качества, связанные с короблением зубчатых колес при термической обработке.
Статистический анализ и учет брака, а также изучение его причин позволяют эффективно его устранять. Причины брака анализируют по данным экспресс-лаборатории. Этот метод следует применять при наладке или разработке технологического процесса.
Работникам технического контроля термических цехов для предупреждения брака рекомендуют вести работу в следующем порядке: перед началом смены необходимо проверить правильность работы всех контрольных приборов (приборы должны быть своевременно проверены и снабжены соответствующим аттестатом); просмотреть журналы экспресс-лабораторий и установить отклонения в работе каждой контролируемой установки или в составе цементующего и защитного газа; осведомиться по документам о поступлении деталей, изготовленных из сталей-заменителей; взять пробы газа для проведения контрольных анализов в лаборатории и выполнить отбор образцов-свидетелей из цементационных печей для контроля глубины цементации по излому; разобрать сводки брака и проконсультироваться с начальником цеховой металловедческой лаборатории по вопросам, связанным с причинами массового брака за предыдущую смену или сутки.
К мероприятиям по профилактике брака следует отнести изучение причин поломки и изнашивания деталей в эксплуатации. Профилактику брака в термическом цехе следует проводить в направлении строжайшего соблюдения технологии — это основное мероприятие для получения прочных и долговечных деталей машин.
Методы контроля в термическом цехе. Контроль температурного режима и состава среды. Температурный режим нагрева и охлаждения, фиксируемый в технологических картах, подлежит контролю гальванометрами. С повышением температуры возрастает сила тока и угол отклонения стрелки гальванометра. Состав газовой среды, науглероживающей или нейтральной, контролируют систематическим отбором проб газа из рабочей камеры печи и проверкой их в газоанализаторе.
Металлографический контроль качества структуры металлов. Цель металлографического контроля качества структуры металла — выявление не только качественных показателей для приемки деталей, но в основном определение степени точности выполнения заданного технологического процесса, так как качество структуры определяют на образце, условно характеризующем партию деталей.
Металлографическим контролем выявляют степень нагрева деталей (перегрев, недогрев), степень насыщения поверхности углеродом, азотом и другими элементами, степень охлаждения и полноту выполнения заданных процессов, отсутствие выдержки после цементации для снижения закалочной температуры и т. д.
Металлографический анализ качества термически обработанных деталей заключается в анализе структуры образца.
Методы контроля продукции. Обычно для контроля отбирают образцы от каждой партии деталей (1—5% общего числа). При обнаружении брака контролю подвергают всю партию. Метод установления причин брака зависит от того, носит ли он единичный или систематический характер. В основном причину брака определяют контролем микроструктуры или химическим анализом металла.
Исправление дефектов термической обработки. Во всех случаях, если сохранены форма и размеры изделия и не нарушена его целостность, дефект может быть исправлен. Безусловно, исправим дефект по твердости. Детали с повышенной твердостью следует повторно подвергнуть отпуску, а детали с пониженной твердостью — повторной закалке и отпуску. Отпуск можно повторять несколько раз. Повторять закалку более 1 раза не рекомендуется, так как она искажает размеры вследствие окисления поверхности и повышенного коробления.
Неудовлетворительные по механической прочности детали можно повторно закалить, подвергнуть отпуску (последний может быть многократным).
Детали с разорванной цементитной сеткой или крупными включениями карбидов подлежат переработке — повторной закалке и отпуску. Детали с поверхностным слоем, неполностью насыщенным углеродом, подлежат повторной цементации, закалке и отпуску. Детали с избытком аустенита обрабатывают холодом или подвергают повторной закалке и отпуску.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Контроль качества термической обработки может производиться как в лаборатории, так и непосредственно в цеховых условиях. Химический анализ, механические испытания и анализ микроструктуры производятся обычное лаборатории. Контроль по твердости, по излому, по короблению, а также контроль качества поверхности с успехом осуществляются непосредственно в цеховых условиях. [1]
Контроль качества термической обработки поковок включает два этапа: контроль выполнения режимов термической обработки и контроль качества поковок после нее. [2]
Контроль качества термической обработки деталей , выявление внутренних и внешних дефектов металла осуществляются с помощью магнитного, рентгеновского, люминесцентного, ультразвукового и других физических методов неразрушающего контроля. [3]
Контроль качества термической обработки стали магнитным методом чаще всего производят с помощью индукционных приборов, сравнивая показания прибора при испытании детали, служащей эталоном, и проверяемой детали, В этих испытаниях эталон и проверяемая деталь выполняют роль сердечников трансформатора. [4]
Контроль качества термической обработки сварных соединений ( заводских, монтажных, ремонтных) производится путем измерения твердости 100 % стыков для трубопроводов диаметром 150 мм и более, 20 % - при меньших диаметрах. Если при этом твердость оказывается выше допустимой, необходимо производить повторную термическую обработку. Периодический контроль сварных соединений производится через 30 - 100 тыс. ч в зависимости от назначения трубопровода. [5]
Для контроля качества термической обработки наиболее часто применяют приборы, основанные на способности металла сопротивляться внедрению в него другого ( более твердого) тела в виде шарика, конуса или пирамиды. [6]
Для контроля качества термической обработки стали разработаны также приборы, определяющие структуру стали по - изменению других магнитных свойств, в частности, коэрцитивной силы. [7]
Какое значение имеет контроль качества термической обработки и как он осуществляется. [8]
Результаты показывают возможность контроля качества термической обработки в этом интервале температур по изменениям коэрцитивной силы и остаточной индукции. [9]
Его применяют для контроля качества термической обработки деталей и выявления раковин, пористости, непровара и других внутренних дефектов в литых кованых и сварных деталях. Рентгеноструктурный анализ позволяет при изучении кристаллического строения металлов определять типы и параметры кристаллических решеток. Рентгеновские лучи обладают способностью проникать в глубь металлических тел. Они образуются в рентгеновских трубках ( баллонах) в которых пучок катодных лучей ( лоток электронов), летящих с большой скоростью, ударяется о поверхность металлического антикатода и вызывает рентгеновское излучение. [10]
Однако внедрение приборов для контроля качества термической обработки в целом сталкивается со значительными трудностями, вызванными влиянием на электрическую проводимость контролируемых материалов изменений химического состава сплава в пределах ГОСТ, а при контроле листов - сильным влиянием толщины плакировки. [11]
Предлагаемый автоматический прибор для контроля качества термической обработки стальных деталей по остаточной индукции, принципиальная схема которого приведена на рисунке, отличается от известных конструкций устройством исполнительного механизма, схемой электронного усилителя, а также системой настройки на заданный интервал годности деталей. [12]
Роботизированный технологический комплекс при контроле качества термической обработки деталей типа валика и втулки позволяет полностью исключить субъективные факторы, избежать возможности неправильной сортировки изделий. В состав комплекса входят вихретоковый структуроскоп ВС-10П ( или ВС-11П) с набором проходных преобразователей для контроля изделий разного диаметра, промышленный робот типа ПМР-05 - 200КВ, устройства связи прибора с роботом и объектом контроля. Этот комплекс представляет собой стационарное технологическое оборудование ( рис. 5), где схват робота берет изделие и устанавливает его соосно с проходным преобразователем, выдерживает изделие внутри преобразователя в течение 2 с и в зависимости от результирующего сигнала прибора передает изделие в карман годных или забракованных изделий. [13]
Роботизированный технологический комплекс при контроле качества термической обработки деталей типа валика и втулки позволяет полностью исключить субъективные факторы, избежать возможности неправильной сортировки изделий. В состав комплекса входят вихретоковый структуроскоп с набором проходных преобразователей для контроля изделий разного диаметра, промышленный робот, устройства связи прибора с роботом и объектом контроля. Этот комплекс представляет собой стационарное технологическое оборудование, где захват робота берет изделие и устанавливает его соосно с проходным преобразователем, выдерживает изделие внутри преобразователя в течение 2 с и в зависимости от результирующего сигнала прибора передает изделие в карман годных или забракованных изделий. [14]
Приборы и автоматы, применяемые для контроля качества термической обработки деталей подшипников . Наиболее производительным методом, обеспечивающим контроль качества отжига металла, а также контроль качества закалки и отпуска деталей подшипников ( колец, шариков и роликов), является токовихревой метод. Сущность его заключается в определении электромагнитного взаимодействия переменного тока с поверхностным слоем контролируемого изделия. [15]
Читайте также: