Способ контроля стальных изделий
Изобретение относится к термоэлектрическому контролю промышленных изделий, в частности к способам контроля стальных изделий. Цель изобретения - обеспечение возможности 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 из 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.
СО1ОЭ ГОПГТСКИХ сО11иллистических
1 Е СГ1У1тЛИК
ГОСУДАРСТГ1Е ННЫИ КОМИТЕТ ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР 1 1МЗЯ1; ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0с V 3 (д (л) О (21) 4672594/25 (22) 04.04.89 (46) 23.08,91. Бюл. М. 31 (72) Д.Г.Шерман, А.М.Шифрин и С.И,Яворович (53) 539.219. 1(088.8) (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 стальных изделий, 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.7,. Метод является разрушающим, требует проведения „„SUÄÄ 1672330 А1 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 решением является способ контроля цементированных слоев на стали типа 18Х2Н4МА, основаннии на зависимости термоЭДС на );» поверхности от содержания углерода, Й В известном способе измеряют термоЭДС на поверхности иэделия. Значения термоЭДС и твердости находятся в прямой зависимости от содержания углерода в твердом растворе. Твердость слоя определяется твердостью эвтектоидного мартенсита, и увеличение содержания углерода не 1672330 вличе на ее значение, При содержании углерода в цементированном слое ниже эвтектоидного имеем одноэначн1 ю зависимость от него значений термоЭДС, а при равном или большем содержании зависимость отсутствует. Поэтому по величине термоЭДС измеренной на поверхности изделия. однозначно судить о глубине цементированного слоя на стальных изделиях не представляется возможным. Цель изобретения — обеспечение воэможности определения глубины слоя цементации на изделиях из легированных сталей. При цементации поверхность стальных изделий насыщается углеродом. По мере продвижения в глубь иэделия концентрация углерода уменьшается и приближается к среднему содержанию углерода в стали. Если принять во внимание, что процесс науглероживания стали при цементации происходит путем диффузии углерода, а также учесть, что термоЭДС стали пропорциональна концентрации в ней углерода, то распределение значений термоЭДС стали в цементированном слое должно удовлетворять следующему условию Е = A(t) ехр (-b(t)h ), где Š— термоЭДС стали; A(t) — параметр, определяемый изменением концентрации углерода при цементации за время t; b(t) — параметр, зависящий от коэффициента диффузии углерода в стали 0 и времени цеМентации 1; h — расстояние от поверхности изделия, Тогда для промышленных стальных изделий, подвергнутых цементации иэ твердой или газовой среды в течение времени t, когда A(t) на протяжении всего времени цементации остается постоянным (A(t)=const), можно записать следующие условия: In — = b(t) (Лh), Е! Е> In ==b(t) h Е> Ео где Е1, Ег — термоЭДС цементированного изделия на поверхности и после удаления слоя цементации толщиной Л t; Ео — термоЭДС цементированного иэделия на глубине h,, где концентрация углерода равна исходной концентрации его в стали. Откуда для величины ho можно записать следующее выражение: V In Е1/Ео, и-Е--7Е— С 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, j(„то глубину слоя цементации пч следует определить из соотношения „= Ah„ Е!/Ео Е! Ег r5 где К вЂ” 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-схема прибора для измерения термоЭДС на поверхности стальных изделий. Прибор содержит горячий 1 и холодный 2 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 3 питания. С помощью термосопротивлений 5, включенных в мостовой усилитель, входящий в терморегулятор 4, между горячим и холодным электродами поддерживается постоянная разность температур hT. ТермоЭДС, возникающая между горячим 1 и холодным 2 электродами при замыкании их контролируемой поверхностью 9 промышленного иэделия, усиливается усилителем 7 постоянного тока и поступает на индикаторное устройство 8. Прибор позволяет поддерживать постоянную разность температур AT между горячим и холодным электродами, равную 85"С, с точностью +0,3 С. Точность измерения термоЭДС составляет + 1 мкВ. Время измерения не более 2 — 3 с, При измерении термоЭДС на поверхности цементируемых изделий, изготавливаемых из малоуглеродистых высоколегированных (хромоникелевых, хромоникельмолибденовых) сталей, горячий и холодный электроды прибора для измерения термоЭДС изготавливают из меди. В табл,! приведены значения термоЭДС Ер, измеренные на поверхности изделия после удаления части цементированного слоя толщиной Л h. Локальное удаление части цементированного слоя с поверхности изделия производят механическим путем с помощью абразивного круга. Точность измерения толщины удаленного слоя цементации составляет + 0,1 мм. 1672330 В зависимости от исходного значения величины отношения Е1/Ео заметное снижение величины Е2 наблюдается на разном расстоянии от поверхности изделия Л Ьк. Определив величину отношения ЛЬк к Е )/Ep, находим, что для исследованных малоуглеродистых высоколегированных сталей (хромоникелевых, хромоникельмолибденовых) она изменяется в пределах 0,20 + 0,01. Таким образом, при контроле глубины слоя цементации на стальных изделиях толщину слоя для локального удаления части цементированного слоя с поверхности иэделия, изготовленного из малоуглеродистой высоколегированной стали, Е1 определяют из соотношения hh<- =m Ео где m=(0,20-0,25) мм. В табл.2 приведены значения величины V In Е ц/Е ц Тп ЕцкЕц для разных малоуглеродистых высоколегированных сталей (хромоникелевых, хромони ельмолибденовых) в зависимости от глубины слоя цементации пц, Определив величину отношения К=пц/h для исследованных сталей, находим, что с надежностью 95 она находится в пределах 0,82 — 0,86. Следовательно, в том случае, когда термоЭДС 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 соотношения In Ецк Ец Ь Ец7Ец где К = 0,82 — 0,86. Способ осуществляют следующим образом. На поверхности промышленного изделия, подвергнутого полному циклу химикотермической обработки (цементации, закалке. отпуску), измеряют термоЭДС относительно горячего электрода, изготовленного, например, из меди. При этом измеряют термоЭДС на поверхности после цементации Е1, 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 величину Л Ьк = (0,19 — 0,21) E)/Ео и производят локальное удаление с поверх5 ности слоя цементации толщиной Л Лк, мм (например, механической зачисткой или травлением). Затем дополнительно измеряют термоЭДС Ег на поверхности иэделия в месте частичного удаления слоя цемента10 ции. Глубину слоя цементации определяют из соотношения h„= (0.82 — 0.88) Л Ьк 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 термоЭДС изделия в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует, измеряют термоЭДС на поверхности иэделия в месте локального удаления слоя цементации, а глубину пц слоя цементации определяют иэ соотношения Ец/Е ц= Л к. — Е 7Е-,,мм где Е1 — значение термоЭДС, измеренное на поверхности иэделия после цементации, 40 мкВ; Ео — значение термоЭДС изделия после полного цикла термической обработки в зоне, где насыщение поверхности углеродом отсутствует, мкВ; 45 Е2 — значение термоЭДС на поверхности изделия в месте частичного удаления слоя цементации,мкВ; Е1 Л Ьк = m — — толщина слоя цеменЕо тации, удаленного с поверхности изделия, мм, где m = 0„29 ++ 0,01 мм; К вЂ” коэффициент, величина которого определяется экспериментально в зависимости от материала горячего электрода, химического состава стали и режима химико-термической обработки стального изделия. 1 б 12330 таблица l т рг« )дс (ДН Е,, Е ияцелия восле це— 100/30 0,21 0i7 120/30 120 120 120 120 119 118 117 90 85 0,20 0,8 2R0/10 280 280 279 280 275 230 225 220 215 0,6 О, 19 Таблица 2 аь„, мм Е мкВ Н, мм ha,þ мм ЕозмкВ EgэмкВ пи K--— 1 о Марка стали 18Х2Н4МЛ 1,2 100 0,7 88 1,63 0,74 20Х2Н4А 1,2 95 0,6 0i77 1,56 1,6 120 0,8 90 1,74 0,92 250 1,8 0,6 230 12ХНЭЛ 0,86 2,1 280 0,6 2,0 260 2,3 0,87 Составитель С,Беловодченко Редактор С.Г1атрушева Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая Заказ 2835 Тираж 371 Подписное ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Г1рпи. Н1дственно-изда1ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ментацни Ft,мкВ F., мкВ термоЭДС на поверхности изцелия Е, мкВ, после удаления части слоя цементации Лй, мм О, 1 0,2 О, 3 О, 4 О, 5 О, Ь О, 7 0,8 0,9 100 100 100 100 99 99 88 87 85 1 I 08 30 65 0,4 0,85 0,94
