Способ контроля стальных изделий

СО 1 ОЭ ГОПГТСКИХ сО 11 иллистически IЕ СГ 1 У 1 тЛИК 1672330 А й 25/3 11 МЗЯ,ИС БРЕТЕ ГОСУДАРСТГ 1 Е ННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей.- Справочник под ред. Кальнера В.Д. М.:Машиностроение, 1984, с,207.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к термоэлектрическому контролю промышленных иэделий,в частности к способам контроля стальныхизделий, Цель изобретения - обеспечение Изобретение относится к термоэлектрическому контролю промышленных изделий и может быть использовано для контроля глубины слоя цементации на изделиях, изготовленных из высоколегированных сталей,Известен способ контроля цементированных слоев, согласно которому проводят послойное измерение микротвердости или содержания углерода в стали химическим способом на разном расстоянии от поверхности изделия. При этом за глубину слоя цементации принимают расстояние от поверхности. на котором микротвердость не менее 700 - 500 МПа, а содержание углерода не менее 0,35 - 0,4 мас. , Метод является разрушающим, требует проведения возможнос и определения глубины слоя цементации на изделиях из легированных сталей. Измеряют термоЭДС изделия после полного цикла термической обработки в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует, локально удаляют с поверхности изделия слой цементации. Толщину слоя цементации определяют иэ отношения величины термоЭДС, измеренной на поверхности изделия после цементации, к значению термоЭДС изделия в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует, затем измеряют термоЭДС на поверхности изделия в месте частичного удаления слоя цементации, а глубину слоя цементации находят по формуле. 1 ил 2 табл,трудоемких операций либо послойного удаления с поверхности изделия цементированного слоя, либо приготовления металлографического шлифа в сечении слоя цементации.Наиболее близким техническим реше- Од нием является способ контроля цементированных слоев на стали типа 18 Х 2 Н 4 МА, основаннии на зависимости теамоЭДС на ); поверхности от содержания углерода,вюйВ известном способе измеряют термо- ЭДС на поверхности иэделия. Значения тер- моЭДС и твердости находятся в прямой зависимости от содержания углерода в твердом растворе. Твердость слоя определяется твердостью эвтектоидного мартен- сита, и увеличение содержания углерода невличена ее значение, При содержании углерода в цементированном слое ниже эвтектоидного имеем одноэначнюзависимость от него значений термоЭДС, апри равном или большем содержании зависимость отсутствует. Поэтому по величинетермоЭДС измеренной на поверхности изделия, однозначно судить о глубине цементированного слоя на стальных изделиях непредставляется возможным.Цель изобретения - обеспечение воэможности определения глубины слоя цементации на изделиях из легированныхсталей.При цементации поверхность стальныхизделий насыщается углеродом. По мерепродвижения в глубь иэделия концентрацияуглерода уменьшается и приближается ксреднему содержанию углерода в стали. Если принять во внимание, что процесс науглероживания стали при цементациипроисходит путем диффузии углерода, а также учесть, что термоЭДС стали пропорциональна концентрации в ней углерода, тораспределение значений термоЭДС стали вцементированном слое должно удовлетворять следующему условиюЕ = А(т) ехр (-Ь(т)Ь ,где Е - термоЭДС стали;А(т) - параметр, определяемый изменением концентрации углерода при цементации за время ;Ь(т) - параметр, зависящий от коэффициента диффузии углерода в стали О и времени цементации 1;Ь - расстояние от поверхности изделия,Тогда для промышленных стальных изделий, подвергнутых цементации иэ твердой или газовой среды в течение времени т,когда А(т) на протяжении всего времени цементации остается постоянным (А(1)=сопз 1),можно записать следующие условия:1 и - = Ь(1) ( Л Ь),Е 1 2ЕЬ ==Ь(1)Ь оЕЕогде Е 1, Ег - термоЭДС цементированногоизделия на поверхности и после удаленияслоя цементации толщиной Лт; Ео - термоЭДС цементированного иэ.делия на глубине Ь где концентрация углерода равна исходной концентрации его в стали.Откуда для величины Ьо можно записатьследующее выражение:1/1 и Е 1/Ео Поп-ЕЕ 7С учетом того, что за глубину слоя цементации принимают расстояние от поверхности изделия до середины переходной эоны, где концентрация углерода в стали равна 0,35 - 0,4 мас то глубину слоя цементации Ьследует определить из соотно- шения Ь= КЛЬ Е 1/ Ео Е 1 Ег10 15 20 25 30 35 40 45 50 где К - коэффициент, величина которого определяется экспериментально в зависимости от материала горячего электрода,химиЧеского состава стали и режима химико-термической обработки стального изделия,На чертеже изображена блок-схемаприбора для измерения термоЭДС на поверхности стальных изделий,Прибор содержит горячий 1 и холодный2 электроды, блок 3 питания, терморегулятор 4, термосопротивления 5, электропечь б,усилитель 7, регистрирующее устройство 8,Горячий электрод 1 нагревается с помощью электропечи сопротивления б, запитанной от стабилизированного источника 3питания, С помощью термосопротивлений5, включенных в мостовой усилитель, входящий в терморегулятор 4, между горячим ихолодным электродами поддерживается постоянная разность температур ЛТ.ТермоЭДС, возникающая между горячим 1 и холодным 2 электродами при замыкании их контролируемой поверхностью 9промышленного иэделия, усиливается усилителем 7 постоянного тока и поступает наиндикаторное устройство 8,Прибор позволяет поддерживать постоянную разность температур ЛТ между горячим и холодным электродами, равную 85"С,с точностью +0,3 С. Точность измерениятермоЭДС составляет + 1 мкВ. Время измерения не более 2 - 3 с, При измерениитермоЭДС на поверхности цементируемыхизделий, изготавливаемых из малоуглеродистых высоколегированных (хромоникелевых, хромоникельмолибденовых) сталей,горячий и холодный электроды прибора дляизмерения термоЭДС изготавливают из меди.В табл, приведены значения термоЭДС Ер, измеренные на поверхности изделия после удаления частицементированного слоя толщиной Л Ь, Локальное удаление части цементированногослоя с поверхности изделия производят механическим путем с помощью абразивногокруга, Точность измерения толщины удаленного слоя цементации составляет + 0,1 ммВ зависимости от исходного значения величины отношения Е 1/Ео заметное снижение величины Е 2 наблюдается на разном расстоянии от поверхности изделия Л Ьк.Определив величину отношения Лпк кЕ 1/Ео, находим, что для исследованных малоуглеродистых высоколегированных сталей (хромоникелевых, хромоникельмолибденовых) она изменяется в пределах 0,20 + 0,01.Таким образом, при контроле глубиныслоя цементации на стальных изделиях толщину слоя для локального удаления части цементированного слоя с поверхности иэделия, изготовленного из малоуглеродистой высоколегированной стали,Е 1определяют из соотношения ЛЬк= гпЕогде п 1=(0,20-0,25) мм.В табл,2 приведены значения величиныУ )и Е /Ец Тп Е 1/Е 2 для разных малоуглеродистых высоколегированных сталей (хромоникелевых, хромони 1 ельмолибденовых) в зависимости от глубины слоя цементации Ьц, Определив величину отношения К=Ьц/й для исследованных сталей, находим, что с надежностью 95 она находится в пределах 0,82 - 0,86.Следовательно, в том случае, когда термо- ЭДС на поверхности изделия определяют относительно горячего электрода, выполненного из меди, глубину слоя цементации на стальных изделиях, изготовленных из высоколегированных конструкционных сталей (хромоникелевых, хромоникельмолибденовых). определяют иэ соотношенияЪ/Тп Е 1/Ец"ц = тп Е 7 Ец где К = 0,82 - 0,86,Способ осуществляют следующим образом.На поверхности промышленного изделия, подвергнутого полному циклу химико- термической обработки (цементации, закалке. отпуску), измеряют термоЭДС относительно горячего электрода, изготовленного, например, из меди. При этом измеряют термоЭДС на поверхности после цементации Е 1, а также термоЭДС Ео на поверхности в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствовало (например, в результате предварительного нанесения защитного покрытия из меди). После этого определяют величинуЛ Ьк = (0,19 - 0,21) Е 1/Еои производят локальное удаление с поверх ности слоя цементации толщиной Л Ьк, мм(например, механической зачисткой или травлением), Затем дополнительно измеряют термоЭДС Е 2 на поверхности иэделия в месте частичного удаления слоя цемента О ции. Глубину слоя цементации определяютиз соотношенияЛц = )0,82 - 0,88) Л Лк Формула изобретения Способ контроля стальных изделий путем измерения термоЭДС на поверхности изделия после цементации, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения глубины слоя цементации на изделиях из легированных сталей, термоЭДС измеряют после полного цикла термической обработки в зоне поверхности, где насыщение углеродом отсутствует, локально удаляют с поверхности иэделия слой цементации, толщину которого определяют из отношения величины термоЭДС, измеренной после цементации, к значению тер- моЭДС изделия в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует, измеряют термоЭДС на поверхности иэделия в месте локального удаления слоя цементации, а глубину Ьц слоя цементации определяют иэ соотношения35 ц Е 1/Ец Е 17 Ец где Е 1 - значение термоЭДС, измеренное на поверхности иэделия после цементации, 40 мкВ;Ео - значение термоЭДС изделия послеполного цикла термической обработки в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует,мкВ;45 Е 2 - значение термоЭДС на поверхности изделия в месте частичного удаления слоя цементации,мкВ;Е 1Л ) )к = гп -- толщина слоя цеменЕотации, удаленного с поверхности изделия, мм, где т = 029 + 0,01 мм;К - коэффициент, величина которого определяется экспериментально в зависимости от материала горячего электрода, химического состава стали и режима химико-термической обработки стального изделия.1612330 Таблица 1 термоЭДС на поверхности изцелия Е мкВ, после удаления части слоя цементации д 1 мм ДЬЕ Е О,0,2 0,3 04 0,5 О,Ь 07 0,8 0,9 1 Г)О/30 1 ОО 100 100 100 99 99 88 87 85 0,21 0,7 120/30 120 120 120 120 119 118 117 90 85 0,20 0,8 280/10 280 280 279 280 275 230 225 220 215 0,6 О, 19 Таблица 2 акмм ЕмкВ 1 мм, мм ЕфмкВ ЕмкВ и к= -оМарка стали 1 108 30 65 0,4 0,85 0,94 55 18 Х 2 АМИТ 1,2 00 0,7 30 88 1,63 0 74 20 Х 2 Н 4 Л 1,2 30 95 0,6 80 0,77 1,56 1,6 120 0,8 30 90 1,74 0,92 250 1,8 0,6 2 ЭО 90 12 ХНЭ 0,86 2,1 280 0,6 2,0 260 90 2,3 0,87 Составитель С,Беловодченкоедактор С.Г 1 атрушева Техред М.Моргентал Корректор М,Кучерявая Заказ 2835 ВНИИГ 1 И твенно-изда 1 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина ЙИЭ Т р )ГСияцелияасл" цементацииЕ 1,кВЕ., мкВ Тираж 371сударственного комитета по иэо113035, Москва, Ж, Р Подписноеетениям и открытиям при ГКНТшская наб., 4/5