Способ определения условий разрушения стальных изделий

Изобретение относится к областиконтроля термической обработки сталии может быть использовано при определении причин аварии механизмов, содержащих подшипники,Цель изобретения - повьппение точности и расширение технологическихвозможностей путем использования криволинейных участков отдельных частейразрушенного изделия.Известный способ определения условий разрушения заключается в том, чтоиз деталей исследуемого подшипникаприготавливают металлографические шли фы (образцы) и измеряют характеристики материала, а именно твердость.Релаксация указанного параметра принагреве деталей, которые в исходномсостоянии находились в закаленном 20состоянии, связана с распадом 1 твердого раствора (мартенсита), являющегося матрицей структуры за -каленного материала, Реализуемая врезультате этого распада коагуляция 25и коалесценция карбидной фазы принагреве в докритической области (о с, А) вызывает снижение твердости ма-териала деталей подшипника в широкомьинтервале (60 - 25 НЕС), И чем выше З 0температура нагрева в этой области,тем больше степень распада мартенсита,и, следовательно, тем ниже твердость. деталей, Эта закономерность действуетв случае нагрева подшипника в докри 35тической области.Если температура нагрева превысила критическую Ас, и достигла межкритического интервала Асс и нагреваАсили превысила закритическую тем пературу Ас, то в этом случае протекают фаэовые превращения типа Ы - уи образуется новый твердый раствораустенит у. В зависимости ст скорости последующего охлаждения образуются 5те или иные продукты, которые имеютразличную твердость. Скорость охлаждения определяется наличием или отсутствием масляной среды в рабочем объеме подшипника, Получаемььй в этом слу-,50чае диапазон твердости образующихсяструктур совпадает с диапазоном твердости материала деталей подшипниковпри их нагреве в докритическсй области, Поэтому определить условия разру 55щения подшипников (температуру нагрева, наличие масла) в случае их нагрева до аустенитной области только методом измерения твердости невозможно,Дпя определения условий разрушения подшипников иэ деталей приготавливают металлографические шпифы (образцы), измеряют твердость и дополнительно измеряют размеры кристаллов мартенсита и зерен аустенита, пс которым судят об условиях разрушения годшипников,Так как наиболее распрсстраненным материалом для изготовления подшипников является сталь типа ШХ, то способ определения условий разрушения подшипников разработан применительнок этому типу стали,При цостижении температуры фазовыхпревращений типа с -в материале об.разуется аустенит, При последующемохлаждении с большой скоростью, чтовозможно лишь при наличии маслянойсреды, происходит закалка материаладеталей подшипника, Этс привсидт к образсванию продуктов неравновеснои структуры, состоящей из игольчатого и остаточного мартенситов Количество мартенситной фазы, определенное визуально по ьлкроструктуре, выявленной в шлифе, и электромагнитным способом, колеблется в интервале 0-60 Х, остальное аустенитная фаза, Максимальный размер мартенситных кристаллов, определяемый величиной аустенитного зерна, остается небсльпим и обыч- но ограничивается величиной наслецственного зерна аустенита (7-8 балл), отношение размеров аустенлтногс зер - на в зоне разрушения к размеру аустенитных зерен в зоне с исходнсй структурой составляет 0,7-1,0.При отсутствии масляной среды (пои условии масляного голодания) происходит значительный рост величины образующейся аустенитнсй фазы (2-3 балл), особенно в зоне беговых дорожек, Скорость последующего охлаждения при этом незначительна и приводит к распаду аустенита с образованием равно - весной структуры, состоящей из зерен пластинчатого перлита и расположенного по их границам цементита в виде цементной сетки, В этом случае отношение величины аустенитногс зерна в зоне разрушения к величине аустенитнсгс зерна в зоне с исходной структурой составляет 0,1-0,4.Процесс определения условий разрушения подшипника по предлагаемому способу включает разрезку деталей подшипника с целью выгезкн образцов, 1418342Таким образом, наличие кристаллов игольчатого мартенсита, наибольший размер которых соответствует 7-8 балл аустенитного зерна, а также отсутствие роста зерна аустенита свидетель 55 приготовление плифов, их травлениев 4%-нсм растворе азотной кислоты вспирте и исследование микроструктурыдля выявления образовавшихся фаз вматериале деталей разрушенного подшипника. В процессе исследования измерялась твердость.П р и м е р. Исследовали псдпяпники, изготовленные из стали ШХ 15. 1 ООдин подшипник бып разрушен в условиях нормального поступления масла,другой - при отсутствии масла. Изнаружных и внутренних колец подшипников приготавливались шпифы в радиальном сечении, из тел качения в диаметральном сечении. Травление шпифсвосуществляли в 4%-ном растворе азотной кислоты в спирте. Исследованиемикрокструктуры проводили оптическим 20микроскопом и ИЕОРНОТ, твердостьизмеряли прибором ТК,В результате анализа установлено,что микроструктура деталей первогоподшипника представляет мелкоигольчатый мартенсит и остаточный аустенитТвердость материала с такойструктурой составляет 50-57 НЕС. Содержание мартенсита в разных зонахколеблется от 40 до б 0%, что подтверж"ЗОдено 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) моглаобразоваться лишь при нагреве дс температуры полиморфного превращения, сопровождающейся фазовой перекристаллизацией (п нагрева ) 800 С), и последующем быстром охлаждении при наличин закаливающей среды, какой является масляная среда для стали типаШХ, Отсутствие роста величины зернааустенита при нагреве также свидетельствует о том, что процесс нагревапервого подшипника происходил в масляной среде, препятствующей ростузерна аустенита,ствуют о том, что первьпЧ псдпыпник разрупплся при.наличии масляной среды.Микроструктура материала деталей второго подшипника представляет равновесную систему, состоящую из крупных зерен пластинчатого перлнта (2- 3 балл) и цементной сетки, расположенной пс их границам. Твердость материала при этом составляет 25-30 ННС. Такое строение структуры соответствует равновесному состоянию заэвтектоидной стали, какой является сталь ШХ 15, содержащая 0,9-1,05% углерода. Формирование равновесной структуры пластинчатого строения возможно лишь при нагреве до температуры полиморфного превращения, сопровождающегося фазсвойперекристаллизацией, и последующем охлаждении с малой скоростью, что происходит при отсутствии масляной среды. В результате такого охлаждения происходит выделение из аустенита избыточной карбидной фазы в виде цементита по границам зерен аустенита и обеднение аустенита углеродом до эвтектоидного состояния (0,8% С),По достижении при охлаждении температуры Лг, происходит превращение типа аустенитпластинчатый перлит, Измерение зерен образовавшегося перлита показало, что они соответствуют 2-3 балл, что свидетельствуют о нагреве подшипника до более высокой температуры ( - 1100 С). Таким образом, наличие равновесной структуры, состоящей из цементитаи зерен пластинчатого перлита 2-3 балл,является признаком отсутствия масляной среды при разрушении второго подшипника,Положительный эффект предложенногоспособа состоит в том, что повышаетсяточность известного способа, которая объясняется тем, что использование известного способа не всегда позволяет однозначно оценить условияразрушения подшипников, так как приих нагреве в докритической областипри отпуске твердость материала изменяется в диапазоне от 60 НЕС (исходное состояние) до25 НЕС (полностью отожженное состояние сталитипа ШХ), В этом же диапазоне изменяется твердость при нагреве до закритической области, Только лишьпри охлаждении в масляной средетвердость материала составляет 501418342 Предложенный способ применим в отраслях, занимающихся вопросами исследования процессов разрушения ме" таллов и сплавов, Применение указанного способа способствует повышению эксплуатационной надежности изделий машиностроительной промышленности и увеличению ее ресурсов. Формула изобретения Составитель А. КулеминРедактор А,Мотыль Техред А. Кравчук Корректор Н.Король Заказ 4127/27 Тираж 545 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 56 НЕС, при отсутствии масла 25- 30 НКС.указанный недостаток при определении условий разрушения подшипников устраняется предлагаемым способом за счет дополнительного измерения размеров кристаллов мартенсита и зерен аустенита, по которым судят об условиях разрушения подшипников. 10Предлагаемый способ позволяет существенно расширить диапазон определения как температуры нагрева подшипников вплоть до Агэ,так и повысить достоверность определения условий их 15 разрушения в целом. Комплексное применение предлагаемого способа (металлографический анализ) совместно с известным способом (измерение твердости) позволяет полностью исключить 20 ошибочные выводы по причине разрушения тех или иных подшипниковых соединений, изготавливаемых из стали типа ШХ,Предлагаемый спосбб позволяет так же определять условия разрушения подшипников по результатам исследования в локальных обьемах и на криволинейных участках, где невозможно определить условия разрушения методом изме- З 0 рения твердости. Использование предлагаемого способа обеспечивает боль.шую степень доказательства и наглядности при определении условий разрушения подшипников эа счет дополнительного измерения количественных и качественных параметров структуры материала деталей подшипников, что важно для выявления действительных причин разрушения, 40 1Способ определения условий разрушения стальных изделий, преимущественно подшипников, включающий приготовление металлографического шпифа на частях разрушенного изделия, измерение параметров микроструктуры в зонах разрушения и в зонах с исходной структурой, определение условий разрушения по отношению этих параметров, о т л и ч а ю щ .и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения технологических возможностей путем использования криволинейных участков отдельных частей разрушенного иэделия 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 зоне с исходной структурой, при этом если это отношение составляет 0,7-1,0, то разрушение произошло при наличии смазки в подшипнике, а при отношении, равном 0,1-0,4, разрушение произошло при отсутствии смазки в подшипнике.