Дискриминация типичных магнитных меток кованого стального коленчатого вала | MachineMFG

Дискриминация типичных магнитных меток кованого стального коленчатого вала

0
(0)

Коленчатый вал - важнейший компонент дизельного двигателя. Чтобы гарантировать его качество, после изготовления проводится проверка 100%.

Как правило, крупные производители двигателей имеют свой собственный набор стандартов для проверки коленчатого вала. В ходе этого процесса могут возникать различные магнитные метки, имеющие разную форму, сложное происхождение и непростые решения.

Классификация магнитных меток обычно определяется опытом инспектора, особенно когда речь идет о выявлении трещин при шлифовке.

Чтобы облегчить наблюдение при проверке, производители коленчатых валов обычно проводят магнитопорошковый контроль после шлифовки. Вопрос об обработке трещин, будь то холодная или горячая обработка, остается предметом дискуссий.

В результате многолетнего производства и анализа были выявлены несколько типичных магнитных контрольных меток коленчатых валов с индукционной закалкой, что дает основу для более обоснованного суждения на месте.

1. Технологический маршрут изготовления кованого стального коленчатого вала

Заглушка → ковка → нормализация, закалка и отпуск → черновая обработка → снятие напряжений → получистовая обработка → индукционная закалка и отпуск → финишная обработка → контроль и складирование

2. Метод обнаружения дефектов поверхности коленчатого вала

В настоящее время наиболее распространенными методами обнаружения поверхностных дефектов коленчатых валов являются использование флуоресцентной машины для испытания магнитных частиц или визуальный осмотр.

3. Магнитный след поверхностного дефекта

Поверхностные дефекты - это дефекты, которые можно увидеть невооруженным глазом при хорошем освещении после очистки магнитной суспензии в результате магнитопорошкового контроля. Они называются магнитными метками поверхностных дефектов.

К числу распространенных дефектов поверхности кованых стальных коленчатых валов относятся: трещины на сырье и поковке, трещины при термообработке, трещины при шлифовке и открытые неметаллические включения.

(1) Внешний вид и идентификация трещин на сырье и трещин на ковочных сгибах

Трещины в сырьевом материале и трещины на сгибе поковки обычно небольшие и расположены на поверхности заготовки для ковки, что затрудняет их обнаружение без тщательного осмотра. Однако эти трещины могут усугубиться после обработки и индукционной закалки.

В случае с небольшими деталями, внутреннее напряжение может привести к тому, что эти трещины серьезно расколют деталь на две части.

Трещины в сырье обычно параллельны оси, тянутся прямолинейно и прерывисто, как показано на рис. 1.

Рис. 1 Трещины в сырье

Кузнечная складка - это прослойка, которая образуется в результате неправильной работы при ковке. Ее форма и расположение непредсказуемы.

После закалка и отпускТрещина становится относительно большой, как показано на рис. 2. В некоторых случаях на основных отверстиях виден слой оксида.

Рис. 2 Кованая складка

Поковки с трещинами см. на рис. 3.

Примерный анализ может быть таким:

① Из-за перегорания.

② По мере проникновения растворимого металла в основной металл (например, медь).

③ Коррозионное растрескивание под напряжением.

④ Поверхность поковки сильно обезуглерожена.

Эти трещины могут быть дополнительно дифференцированы с помощью исследования процессов и организационного анализа.

Например, перегрев стали или высокое содержание меди в стали могут вызвать хрупкость меди. С точки зрения микроструктуры, трещины при хрупкости меди возникают на границе зерен.

Помимо трещин, видна яркая медная сетка, в то время как на чистой, пережженной границе зерен присутствуют только окислы.

Коррозионное растрескивание под напряжением может возникнуть после кислотного травления. При большом увеличении трещина имеет дендритный вид.

Если поковка была сильно обезуглерожена, на нее наносится более толстый слой обезуглероживание можно наблюдать на испытуемом образце.

Рис. 3 Растрескивание при ковке

Для трещин в сырьевом материале и трещин при ковке, при металлографическом наблюдении, если образцы берутся перпендикулярно трещинам, обезуглероживание можно наблюдать по обе стороны трещин. В некоторых случаях между ними могут присутствовать оксиды.

(2) Появление и идентификация закалочных трещин

Закалочные трещины в коленчатых валах обычно возникают в местах с резкими изменениями размеров, малой эффективной толщиной или плохим состоянием шероховатость поверхности. Эти области могут включать ступеньки, концы, острые углы, шпоночные пазы, отверстия, масляные каналы и другие структуры в области закалки.

Индукционная закалка может вызвать концентрацию индукционного тока в этих деталях, что приводит к локальному перегреву и образованию закалочных трещин из-за глубокого закалочного слоя.

Закалочные трещины обычно имеют две формы.

Одна из форм закалочных трещин может быть обнаружена на гладкой цилиндрической поверхности или вблизи бобышки с малой эффективной толщиной. Эти трещины распределены по окружности и имеют относительно большие размеры, как показано на рис. 4.

Другой тип трещины - трещина масляного отверстия, как показано на рис. 5 и 6.

Рис. 4 Трещины на бобышке верхней мертвой точки шатунной шейки

Рис. 5 Радиальные трещины на масляном отверстии

Рис. 6 Поперечные мелкие трещины на внутренней стенке масляного отверстия

Помимо радиальных трещин вблизи масляного отверстия в коленчатом вале, иногда могут появляться небольшие поперечные трещины в области на 3-8 мм ниже внутренней стенки масляного отверстия. Кроме того, на поверхности цапфы вблизи отверстия могут быть обнаружены трещины в форме буквы "С", которые обычно имеют форму дуги на расстоянии 10-20 мм от края отверстия вдоль наклонного масляного канала.

Эти трещины возникают из-за разной толщины внутренней стенки наклонного масляного канала и поверхности цапфы. Самая тонкая область более склонна к закалке, что приводит к образованию относительно глубокого закаленного слоя.

Если процесс закаливания некачественно выполнен, на стенке отверстия для прохода масла могут появиться мелкие поперечные трещины в местах, где она тонкая и закаленная. Если эти трещины выходят на поверхность в виде чешуек и проникают внутрь, на отверстии может образоваться трещина в форме буквы "С".

Закалочные трещины легко отличить от трещин сырья и ковочных трещин под металлографическим микроскопом. Они не имеют обезуглероживания или окислов и имеют тонкий хвостовой участок.

Если температура нагрева слишком высока, закалочные трещины будут распределены вдоль зерна и проявят такие характеристики перегрева, как крупноацикулярные мартенсит. Закалочные трещины, вызванные быстрым охлаждением в зоне мартенситного превращения, как правило, трансгранулярные, с прямыми трещинами и сильными линиями, без разветвленных мелких трещин вокруг.

Металлографическая структура вблизи основной трещины, как правило, состоит из мелкозернистого закаленного мартенсита.

(3) Внешний вид и идентификация трещин при шлифовании

После индукционной закалки поверхность коленчатого вала имеет высокую твердость и высокое внутреннее напряжение. При неправильных параметрах шлифования могут возникнуть трещины.

Процесс шлифовки трещин аналогичен процессу закалки.

При высокоскоростном шлифовании в зоне контакта шлифовального круга с заготовкой достигается температура выше температуры аустенизации. Применение смазочно-охлаждающей жидкости при шлифовании эквивалентно другому процессу закалки.

Если материал содержит следы элементы сплава которые увеличивают вероятность образования закалочных трещин, вероятность образования шлифовальных трещин будет возрастать.

Шлифовальные трещины появляются на гладкой шлифованной поверхности. К распространенным типам шлифовальных трещин на шейках относятся:

Трещины (в форме "японского рта" или колодца), как показано на рисунке 7, которые представляют собой одиночные линейные трещины, несколько параллельных точечных и полосовых трещин или скопление точечных и полосовых трещин, как показано на рисунке 8.

Одиночные линейные трещины или несколько параллельных точечных трещин распределены в осевом направлении, перпендикулярном направлению шлифования. На боковой бобышке эти трещины, как правило, радиальные, как показано на рис. 9.

Рис. 7 Растрескивание

Рис. 8 Несколько параллельных точечных и полосовых трещин или куча точечных и полосовых трещин

Рис. 9 Боковые радиальные трещины

Если взять образец перпендикулярно трещине такого типа, то под металлографическим микроскопом можно наблюдать вторичную закалочную структуру.

Металлографические характеристики вторичного закалочного слоя от внешней стороны к внутренней: белый светлый слой, черно-серый закаленный слой (троостит) и слой индукционной закалки (закаленный мартенсит).

По размеру вдавливания белого яркого слоя можно определить его твердость, которая особенно высока, как показано на рис. 10 и 11.

В некоторых случаях виден только слой закаленного троостита, а белый светлый слой вторичной закалки не виден.

Слой вторичного отпуска очень тонкий, что требует высоких стандартов подготовки образцов для металлографии. Если подготовка образца выполнена неправильно, белый яркий слой может быть не виден.

Рис. 10 Металлографическая структура вторичного закалочного слоя для трещин при шлифовании

Рис. 11 Сравнительная диаграмма индентирования твердости вторичного закалочного слоя для трещин при шлифовании

(4) Внешний вид и идентификация открытых неметаллических включений

Сайт включения в стали обычно делятся на два типа: металлические и неметаллические включения.

Металлические включенияКак правило, это внешние факторы, которые можно предотвратить, внедрив эффективные методы управления и придерживаясь строгих операционных процедур.

С другой стороны, неметаллические включения образуются в результате реакции газов в стали, раскислителей и элементов сплава при выплавке, а также присутствия огнеупорных фрагментов.

Для удаления этих включений во время выплавки жидкая сталь полностью выкипает и стабилизируется в сталеразливочном ковше, чтобы включения могли подняться на поверхность и удалиться в шлак.

Расположение неметаллических включений не фиксировано, и они могут встречаться как поодиночке, так и в скоплениях. Как неметаллические материалы не магнитятся, их присутствие нарушает целостность материала.

Если включения обнажены или находятся относительно близко к поверхности, они будут проявляться в виде магнитных следов при магнитопорошковой дефектоскопии. Чем ближе включения к поверхности, тем более заметным будет их магнитный след. В результате магнитные следы включений могут быть прерывистыми.

После ковки неметаллические включения часто распределяются вдоль осевого направления коленчатого вала. Линии их магнитных следов выглядят мягкими, а торец обычно лысый. Если включение обнажается после обработки, оно считается открытым дефектом (см. рис. 12).

Рис. 12 Одиночное открытое включение и увеличенная морфология

Образец берется перпендикулярно трещине и исследуется под металлографическим микроскопом.

Глубина трещины невелика, а ее дно имеет круглую форму, как показано на рис. 13.

Рис. 13 Поперечный разрез без коррозии

4. Появление и идентификация магнитных следов без поверхностных дефектов

После проведения дефектоскопии магнитных частиц магнитную суспензию следует протереть и наблюдать за ней невооруженным глазом при хорошем освещении.

Если дефекты не видны, магнитная метка считается не поверхностным дефектом.

(1) Обтекаемая форма ковки

В процессе ковки кованых деталей металл течет в определенном направлении.

Рассекая деталь, можно наблюдать линии течения поковки при макросъемке после коррозии, как показано на рис. 14.

Рис. 14 Макрофотография после спиртовой коррозии 5% азотной кислотой

При обычных процедурах дефектоскопии и в соответствии с техническими условиями магнитный след линии потока поковки обычно не виден или очень слаб, как показано на рис. 15.

Только при слишком сильном магнитном поле или при наличии сегрегации и значительного количества включений можно увидеть четкий магнитный след.

Рис. 15 Обтекание коленчатого вала с передней стороны

(2) Сегрегация и инклюзия

Неоднородность химического состава различных марок стали называется сегрегацией.

По причинам и проявлениям сегрегацию можно разделить на дендритную, квадратную и точечную.

Слитки, особенно изготовленные из среднеуглеродистого хромомолибденового или хромоникелевого сплава молибденовая сталь Поковки часто содержат множество включений, которые неизбежны.

Добавление легирующих элементов в сталь обычно снижает ее текучесть, что усложняет удаление неметаллических включений в легированная сталь по сравнению с углеродистой сталью. Это также повышает вероятность образования сегрегации или включений.

Во время обработки коленчатого вала из легированной стали металл течет от центра к поверхности раздела, что приводит к образованию сегрегации (ленты) и включений, которые обычно сильнее выражены на поверхности обрезки и ближе к поверхности.

Даже если эти включения не выходят на режущую кромку, если они расположены близко к поверхности и имеют определенную длину, при дефектоскопии будут появляться обтекаемые магнитные следы, как показано на рис. 16.

На рис. 16 показана линия обтекания при обрезке стереоразборного коленчатого вала и сегрегация полос на поверхности после макротравления с азотной кислотой 5%.

Легированная сталь известна своей высокой прокаливаемостью, что делает ее склонной к образованию структурной неоднородности (полосчатой структуры) при охлаждении.

Кроме того, легированная сталь обладает относительно низкой теплопроводностью, что приводит к увеличению остаточное напряжение в стали.

При неправильном выполнении процесса шлифования в местах, подверженных этим металлургическим дефектам, могут образоваться шлифовальные трещины.

5. Заключение

Правильная идентификация всех типов магнитных меток при дефектоскопии коленчатого вала требует как большого опыта работы дефектоскопистов, так и единого понимания.

В настоящее время каждый завод-изготовитель двигателей имеет свой собственный стандарт для дефектоскопии коленчатого вала.

Профессиональные производители по-разному оценивают влияние магнитных следов от неповерхностных дефектов на галтели и цапфы коленчатого вала и их влияние на усталостные характеристики коленчатого вала. Необходимы дальнейшие исследования в этой области среди коллег по отрасли.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх