Материал: Разработка технологического процесса термической обработки матрицы из стали 5ХНМ

Коробление труднее устранить в длинных и тонких изделиях. Для уменьшения его такие детали охлаждают при закалке в зажатом состоянии (в штампах, прессах и приспособлениях); при мартенситном превращении сталь разупрочняется; в таком состоянии она легко правится в штампе.

Размеры изделия после закалки даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями деформацию можно уменьшить подбором стали соответствующего состава и условий термической обработки.

Кроме того, трещины образуются в изделии из-за концентраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы и т. д.).

Перегрев при закалке, определить по твердости нельзя (она может остаться высокой). Микроанализ отчетливее выявляет более значительный перегрев. Устраняется нормальным отжигом (высоким отпуском) для измельчения зерна и новой закалкой.

Эрозия матриц обусловлена усталостью, возникающей вследствие повторяющихся сжатий остаточной деформации, хрупкого излома, вызываемого динамическим характером действия сил, износом, вызываемым истечением материала матрицы и колебанием температур. Места образования характерных дефектов показаны на рисунке3.6.

Рисунок 3.6 - Места характерных дефектов матрицы:

1-термическая усталость

2-усталость

3-износ

Таблица 3.7 - Виды брака при термообработке, меры его предупреждения и исправления.

Контроль качества изделий.

Контроль качества изделий в цикле производственного процесса изготовления деталей имеет важное значение, так как термическая обработка часто является последней операцией, меняющей качество выпускаемой продукции.

Разработан ряд комплексных систем организации управления качеством продукции, связывающих технические и экономические мероприятия (ГОСТ 15.895--77). При их внедрении значительно сокращаются потери от брака, повышается качество продукции, увеличивается количество изделий, аттестуемых знаком качества, снижается стоимость обрабатываемых изделий. Основными документами управления качеством являются требования ГОСТ, ОСТ, а для новых видов продукции, на которые нет стандартов, -- технические условия (ТУ), заключаемые между поставщиком и потребителем.

С целью повышения качества выпускаемой продукции и усиления ее конкурентоспособности на международном рынке, кроме ОТК, вводится Государственная приемка продукции.

В термическом цехе осуществляется текущий контроль качества продукции, который сводится к определению твердости, структуры и обнаружению наружных и внутренних дефектов. Проверка механических свойств деталей, технологических свойств сплавов, химический и подробный металлографический контроль сосредотачиваются в центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ).

Методы определения твердости.

Твердость как характеристика механических свойств представляет собой способность материалов сопротивляться местной упругой или пластической деформации при воздействии (вдавливании, царапании, падении и отскоке) более твердых тел. Твердость, определяемая по отскоку характеризует упругие свойства; твердость, определяемая царапанием (твердость по Моосу), сопротивление разрушению (для большинства металлов путем среза); твердость, определяемая вдавливанием (твердость по Бринеллю, по Виккерсу, по Роквеллу), сопротивление пластической деформации. Методом вдавливания также определяется микротвердость - твердость микроскопических объемов материала, как правило, отдельных фаз или структурных составляющих.

Наибольшее применение получили методы измерения твердости путем вдавливания более твердых тел, заключающиеся во вдавливании под большой нагрузкой наконечника из более твердого материала. Геометрические характеристики отпечатка (площадь, глубина) и используемая нагрузка являются исходными для определения твердости металлов.

Измерение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-73) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки Р в течение определенного времени, получении отпечатка диаметром и определении значения твердости НВ, как отношения приложенной нагрузки Р,Н, к площади сферической поверхности (шарового сегмента) отпечатка.

Для измерения твердости по Бринеллю применяют специальные приборы: прессы электромеханического и гидравлического действия.

Измерение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде алмазного (твердосплавного) конуса или стального шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной и основной.

Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде четырехгранной алмазной пирамиды с углом U = 136° при вершине между противоположными гранями под действием нагрузки Р в течение определенного времени (обычно 10-15 с для черных и 30с для цветных металлов), получении четырехгранного отпечатка и определении значения твердости HV, как отношения приложенной нагрузки Р, Н к площади порченного отпечатка F, мм . Для измерения твердости по Виккерсу применяют специальные приборы - прессы электромеханического и гидравлического действия.

Визуальный метод контроля. Глаз человека исторически являлся основным контрольным прибором в дефектоскопии. Глазом контролируют исходные материалы, полуфабрикаты, готовую продукцию, обнаруживают отклонения формы и размеров, изъяны поверхности и другие дефекты. В процессе производства и эксплуатации такие дефекты как: остаточную деформацию, пористость поверхности, крупные трещины, подрезы, риски, надиры, следы наклёпа, раковины и т.д.

Однако возможности глаза ограничены, например, при осмотре быстро перемещающихся объектов или удалённых объектов, находящихся в условиях малой освещённости. Даже при осмотре предметов, находящихся в покое на расстоянии наилучшего зрения в условиях нормальной освещённости, человек может испытывать трудности из-за ограниченной разрешающей способности и контрастной чувствительности зрения.

Для расширения возможностей глаза используют оптические приборы. Они увеличивают угловой размер объекта, при этом острота зрения и разрешающая способность глаза увеличиваются примерно во столько же раз, во сколько увеличивает оптический прибор. Это позволяет увидеть мелкие дефекты, невидимые невооружённым взглядом, или их детали. Однако при этом существенно сокращается поле зрения и глубина резкости, поэтому обычно используются оптические приборы с увеличением не более 20-30.

Визуальный контроль с использованием оптических приборов называют визуально-оптическим.

Визуально-оптический контроль и визуальный осмотр- наиболее доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов деталей.

Основные преимущества этого метода - простота контроля, несложное оборудование, сравнительно малая трудоёмкость.

Металлографический анализ проводят по шкалам контроля соответствующих стандаратов, причем первые номера шкал соответствуют наилучшему качеству, а последние номера-- худшему, при которых изделие бракуется. Эталоны микроструктур и карбидной неоднородности даны в ГОСТ 8233--56; неметаллических включений в ГОСТ 1778--70; величины зерна в ГОСТ 5639--82, а для цветных сплавов в ГОСТ 21073--75; глубина обезуглероженного слоя в ГОСТ 1763--68, прокаливаемость стали в ГОСТ 5657--69, методы испытания и оценки макроструктуры представлены в ГОСТ 10243--75. Однако при неоднородных свойствах изделий местный контроль структуры и контроль твердости на прессах не гарантируют полного выявления брака. Поэтому для проверки твердости, структуры, глубины обезуглероженных и закаленных слоев, наружных и внутренних дефектов применяют методы непрерывного неразрушающего контроля. Эти методы классифицируются в зависимости от физических явлений, положенных в их основу. По ГОСТ 18353--79 они подразделяются на десять видов. Наиболее распространенными методами, используемыми в цеховых условиях, являются методы неразрушающего контроля: магнитные (коэрцитивной силы, магнитной индукции), электромагнитные (вихревых токов), радиационные (рентгеновский, гамма- и бета-излучений) акустические (ультразвуковые), оптические (лучем лазера), люминесцентные (течеискание), электрические и др.

Одним из распространенных является капиллярный метод. Этот метод неразрушающего контроля основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя.

Капиллярный НК предназначен для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения их расположения, протяженности (для дефектов типа трещин) и ориентации по поверхности.

Этот вид контроля позволяет диагностировать объекты любых размеров и форм, изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твердых неферромагнитных материалов.

Капиллярный контроль применяют также для объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достичь требуемой чувствительности магнитопорошковым методом или магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта.

Капиллярный контроль применяется также при течеискании и, в совокупности с другими методами, при мониторинге ответственных объектов и объектов в процессе эксплуатации.

Капилляр, выходящий на поверхность объекта контроля только с одной стороны, называют поверхностной несплошностью, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля, - сквозной. Если поверхностная и сквозная несплошности являются дефектами, то допускается применять вместо них термины «поверхностный дефект» и «сквозной дефект». Изображение, образованное пенетрантом, в месте расположения несплошности и подобное форме сечения у выхода на поверхность объекта контроля, называют индикацией (индикаторным рисунком), или индикацией. Применительно к несплошности типа единичной трещины вместо термина «индикация» допускается применение термина «индикаторный след».

Глубина несплошности - размер несплошности в направлении внутрь объекта контроля от его поверхности. Длина несплошности - продольный размер несплошности на поверхности объекта. Раскрытие несплошности - поперечный размер несплошности у ее выхода на поверхность объекта контроля.

Необходимым условием надежного выявления капиллярным методом дефектов, имеющих выход на поверхность объекта, является относительная их незагрязненность посторонними веществами, а также глубина распространения, значительно превышающая ширину их раскрытия (минимум 10/1).

Различают максимальную, минимальную и среднюю глубину, длину и раскрытие несплошности. Если не требуется заранее оговаривать, какое из указанных значений размеров имеется в виду, то для исключения недоразумений следует принять термин «преимущественный размер». Для несплошностей типа округлых пор раскрытие равно диаметру несплошности на поверхности объекта.

Все методы капиллярного контроля основаны на проникновении проникающей жидкости в полости дефектов и адсорбировании или диффузии жидкости из дефекта. При этом наблюдается разница в цвете или свечении между фоном (цветом или свечением всей поверхности объекта) и участком поверхности над дефектом. Чем больше эта разница, тем выше чувствительность метода и тем меньший дефект может быть обнаружен.

Чувствительность капиллярных методов дефектоскопии зависит от следующих факторов: правильного выбора красителей, смачивающей способности основного компонента, свойства адсорбирующего вещества и качества подготовки поверхности детали.

Комбинированные методы капиллярного неразрушающего контроля сочетают два или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, один из которых обязательно жидкостный. Комбинированные капиллярные методы контроля подразделяют в зависимости от характера физических нолей излучений и особенностей их взаимодействия с контролируемым объектом.

В силу сложности реализации, высокой стоимости материалов, в ряде случаев - опасности материалов для здоровья персонала (методы с использованием ионизирующего излучения), комбинированные методы не нашли широкого применения в промышленности и в основном известны как экспериментальные.

Основным условием предотвращения брака при термической обработке является строгое соблюдение технологического процесса, который должен устанавливаться на основании опытных и литературных данных. Брак может быть исправимым и неисправимым. Неисправимый брак связан с нарушением химического состава поверхностных слоев металла при окислении, а также с нарушением структуры (пережогом) и сильным короблением изделия. Остальные виды брака могут быть исправлены, но высокое качество термической обработки после исправления брака получить затруднительно.

Планировка металлографического контроля показана на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Планировка участка металлографического контроля