Структура и свойства подшипниковых сталей

Спектор А.Г., Зельбет Б.М., Киселева С.А.

Металлургия, 1980 г.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ХРОМИСТОЙ ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ

Разработка и внедрение в промышленность принципиально новых способов производства стали (внепечная обработка, рафинирующие, переплавы) послужили толчком для создания уникальных приборов и более прогрессивных методов ее контроля и исследования. К таким методам относятся: количественная полуавтоматическая и автоматическая микроскопия, растровая (сканирующая), высоковольтная просвечивающая и эмиссионная электронная микроскопия, микрорентгеноспектральный анализ и др.

Эффективным оказалось применение этих методов для изучения источников образования неметаллических включений в стали,  их удаления, а также изменения состава (трансформации) в результате физико-химических процессов, протекающих в жидкой стали при разливке, кристаллизации и последующей горячей деформации.

Высоко оценивая возможности новых современных методов, необходимо отметить, что основным и универсальным методом микроисследования неметаллических включений остается микроскопический метод. Применение более сложных методов (например, электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа) невозможно без предшествующего обзорного исследования объекта на обычном металломикроскопе. Значение микроскопического метода особенно возрастает с разработкой количественных автоматических методов оценки структурных составляющих стали.

Размер неметаллических включений в стали изменяется в широких пределах — от очень мелких дисперсных (менее ОД мкм), неразличимых под обычным световым микроскопом и обнаруживаемых только при больших увеличениях на электронном микроскопе, до крупных, видимых невооруженным глазом, протяженностью до нескольких миллиметров.

Исходя из этого, применяемые для определения включений методы различны в зависимости от размера включений и поставленной при контроле или исследовании задачи.

ОЦЕНКА МАКРОВКЛЮЧЕНИЙ

Для оценки макровключений (условно размером более 1 мм) применяются следующие методы: механическая ступенчатая обточка, исследование изломов закаленных образцов, травление продольных и поперечных макротемплетов, снятие серного отпечатка, магнитная дефектоскопия и ультразвуковой контроль.

Методом ступенчатой обточки выявляются раскатанные неметаллические включения (внутренние волосовины) размером более 1 мм. Существует несколько способов определения загрязненности стали волосовинами; подробно эти способы рассмотрены в работе [45]. Критериями загрязненности плавки являются: среднее число волосовин установленной длины, средняя суммарная протяженность, а также максимальная длина волосовин на определенной площади.

Для получения достоверных результатов рекомендуется просмотр большого количества образцов, отобранных от деформированного металла с одинаковой степенью обжатия.

Для выявления волосовин на шлифованной поверхности может быть применена магнитная порошковая дефектоскопия. Кроме скоплений неметаллических включений, с помощью магнитной дефектоскопии можно обнаружить также карбидную ликвацию.

Методом ступенчатой обточки контролируется подшипниковая сталь в Японии (JIS5805—65), а также для подшипников ответственного назначения в США [46].

Макровключения и их скопления могут быть обнаружены в виде темных или светлых нитей в изломах, поперечных и продольных направлению деформации образцов. Методика подготовки проб и характеристики изломов даны в ГОСТ 10243—75 и описаны в работе. [47].

Более контрастно крупные неметаллические включения выявляются в виде светлых полосок на поперечных изломах образцов, закаленных и отпущенных до синего цвета побежалости; эта методика применяется в США, ФРГ, Швеции [48].

К самым широко распространенным методам принадлежит метод химического травления поперечных или продольных направлению деформации макротемплетов (ГОСТ 10243—75). Выявленные на поперечных темплетах после травления неметаллические включения могут быть оценены по шкалам центральной пористости и точечной неоднородности.

Одной из разновидностей метода химического травления является метод серного отпечатка, который дает возможность определить распределение и размеры сульфидных включений в стали.

Перечисленные методы выявления макровключений в стали не всегда дают однозначные результаты, так как основаны на контроле ограниченного числа образцов и зависят от условий их отбора, т. е. от того, насколько образцы представляют наихудший в смысле загрязненности участок слитка. Кроме того, макровключения в стали, являющиеся в основном включениями экзогенного происхождения, как правило, имеют случайное расположение по высоте слитка, что, безусловно, затрудняет их обнаружение.

Наиболее совершенным методом неразрушающего контроля макровключений в стали является ультразвуковой контроль прокатанной или прокованной заготовки по всей ее длине, иногда поперечных макротемплетов. Обнаруживаются дефекты размером 1 мм и более. Последними работами установлена возможность ультразвукового контроля неметаллических включений размером менее 1 мм [49].

С целью обнаружения поверхностных дефектов, в том числе и скоплений неметаллических включений, а также обезуглероженного слоя, почти 100 % холоднокатаной прутковой стали, выпускаемой металлургическими заводами, подвергается неразрушающим методам контроля; на некоторых заводах внедрены автоматические линии контроля.