一種彈簧鋼脫碳層深度的無損檢測方法
2023-05-25 01:23:26
專利名稱：一種彈簧鋼脫碳層深度的無損檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種彈簧鋼脫碳層深度的檢測方法，屬於彈簧鋼在熱處理過程中脫碳層深度的無損檢測技術領域。
背景技術：
通常由彈簧鋼製成的彈簧件在熱處理後不經過進一步加工就直接使用。這類零件的表層在熱處理過程中不可避免地會脫碳軟化。所謂脫碳是指彈簧鋼在熱加工或熱處理時，鋼材表面在爐內氣氛作用下失去了全部或部分碳，造成鋼材表面的碳含量比內部減少的現象。
鋼鐵件表面脫碳對彈簧最終性能有很大的影響。鋼鐵的表面脫碳將嚴重損害其疲勞性能，特別是彈簧鋼表面出現鐵素體可降低疲勞極限50％。而且，隨著表面脫碳層深度增加，疲勞壽命也下降。這主要是由於在後道淬火工序中，表面脫碳層達不到所要求的硬度及力學強度，在交變應力作用下容易產生裂紋，使產品過早疲勞失效。另外，表面層不同部位淬火時膨脹係數不同，引起應力集中，致使全脫碳層與部分脫碳層之間的過度區產生微裂紋，並作為裂紋繼續發展的起源，最終引起失效斷裂。因此，鋼的脫碳狀況的研究及檢測是非常重要的。
目前鋼在熱處理過程中脫碳層深度的檢測方法中，主要有金相法、硬度法和化學法三種。其中，金相法的理論依據是碳與顯微組織的相關性，亦即碳含量的差異可引起顯微組織的明顯變化，這是正確劃分脫碳層深度界限的基礎。實際上，碳與顯微組織的相關性受到很多因素的影響，由此引起測量誤差，從而在很多情況下，脫碳層界限在理論上闡述得十分清楚，但在實際中卻難以精確確定，檢驗結果有很大的主觀隨意性。硬度法是利用含碳量與熱處理後鋼的硬度存在相關性的原理測定脫碳層深度，由於這種相關性只有在一定的含碳量範圍內才是顯著的，因此，其適用性受到限制。往往硬度已達到技術條件規定，但含碳量仍然偏低。化學法是通過測定表面不同層的含碳量來測定脫碳層深度，操作十分複雜，誤差大，不適用於生產檢驗。
此外，以上三種方法的共同問題是，檢驗是破壞性的，無法實現100％檢測，也無法實現現場檢測。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述缺陷，提供一種彈簧鋼脫碳層深度的無損檢測方法，該方法是無破壞性的，可實現100％檢測，也可實現現場檢測。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的。
分別測量工件在熱處理前後的直徑值，利用其直徑的差值對鋼在熱處理過程中脫碳層深度進行無損檢測，包括以下步驟(1)對於材料相同、直徑相同的同一批彈簧鋼，製備試樣40件，長度均為100mm。取10件進行淬火(淬火時工件淬透)—回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火—回火前後直徑差並記錄。對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火—回火前後直徑的差值的平均值並記錄。
(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm、重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係。
(3)對實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，利用其直徑差與脫碳層深度之間的關係確定出脫碳層深度。
彈簧鋼件的熱處理工藝過程通常是淬火(淬火時工件淬透)—回火(淬火後彈簧立刻回火)。熱處理後的金相組織在金相顯微鏡下分析觀察可知，一般可分為表層和心部兩大部分。其中，心部是碳含量正常的回火屈氏體組織；表層為脫碳層，其組織為純鐵素體。
彈簧鋼件進行淬火、回火處理時，由於有組織變化而引起尺寸變化。淬火生成馬氏體時發生膨脹，其中，完全淬火時，即從奧氏體組織全部轉化為馬氏體組織時零件的尺寸變化(膨脹)最大；回火引起的馬氏體的分解，造成尺寸收縮。但是，若以淬火前的狀態為基準，經過淬火、回火後的綜合尺寸變化最終是膨脹的。這說明淬火生成馬氏體時發生的尺寸膨脹，大於回火引起的馬氏體的分解而造成的尺寸收縮。而且馬氏體的含碳量越高，最終的尺寸膨脹變化越大。由此可知，表層的脫碳層深度越大，即鐵素體的含量越多，相應地馬氏體的含量就減少，最終的尺寸膨脹變化越小；反之，表層的脫碳層深度越小，即鐵素體的含量越少，相應地馬氏體的含量就增多，最終的尺寸膨脹變化越大。亦即彈簧鋼件進行淬火、回火處理後的最終尺寸膨脹與脫碳層深度之間存在著一定的關係。
把經過淬火—回火處理的彈簧鋼圓柱類工件的橫截面簡化為兩個同心圓，同心圓的內部為回火屈氏體，兩同心圓之間為鐵素體。由於回火屈氏體、鐵素體及珠光體之間比容的差異，工件淬火—回火後其體積將發生變化。
設圓棒狀工件半徑為r，脫碳層深度為δ，工件經過淬火、回火後前後直徑差為2Δ，珠光體的比容為Vp，鐵素體的比容為Vt，屈氏體的比容為Vq，淬火、回火後工件半徑為r1(淬火時工件淬透)，工件長度為L。忽略工件熱處理前後的質量變化，則得出方程(r1-)2LVq+[r12-(r1-)2]LVt=r2LVp]]>
簡化後得2-2(r+)+VtVt-Vq(r+)2-VtVqVp(Vt-Vq)r2=0---(1)]]>由式(1)可知，在其它參數不變的情況下，脫碳層深度不同，工件經過淬火—回火後直徑差值也不同，並且有確定的對應關係。這進一步說明，彈簧鋼件進行淬火、回火處理後的最終尺寸膨脹與脫碳層深度之間存在著一定的關係。因此，對實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，利用其直徑差與脫碳層深度之間的關係確定出脫碳層深度。
本發明的有益效果是利用本發明，可以在不破壞工件的情況下進行檢測，亦即實現對鋼的脫碳層深度的無損檢測，可實現100％檢測，也可實現現場檢測；本發明的檢測方法簡單、方便、快捷。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述。
實施例1(1)對材料60Si2Mn、直徑為φ20的同一批彈簧鋼，製備試樣10件，長度均為100mm。進行淬火(淬火時工件淬透)—回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火—回火前後直徑差並記錄。對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火—回火前後直徑的差值的平均值並記錄。
(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm。重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，其實測值列於表1。
(3)對一實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，計算其直徑差為0.0212mm，由得到的試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，可確定出其脫碳層深度為0.1-0.2mm之間。
實施例2(1)對材料60Si2Mn、直徑為φ30的同一批彈簧鋼，製備試樣10件，長度均為100mm。進行淬火(淬火時工件淬透)—回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火—回火前後直徑差並記錄。對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火—回火前後直徑的差值的平均值並記錄。
(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm。重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，其實測值列於表1。
(3)對一實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，計算其直徑差為0.0260mm，由得到的試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，可確定出其脫碳層深度約為0.2mm。
實施例3(1)對材料60Si2Mn、直徑為φ40的同一批彈簧鋼，製備試樣10件，長度均為100mm。進行淬火(淬火時工件淬透)—回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火—回火前後直徑差並記錄。對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火—回火前後直徑的差值的平均值並記錄。
(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm。重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，其實測值列於表1。
(3)對一實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，計算其直徑差為0.0416mm，由得到的試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，可確定出其脫碳層深度為0.2-0.3mm之間。
實施例4(1)對材料60Si2Mn、直徑為φ50的同一批彈簧鋼，製備試樣10件，長度均為100mm。進行淬火(淬火時工件淬透)—回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火—回火前後直徑差並記錄。對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火—回火前後直徑的差值的平均值並記錄。
(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm。重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，其實測值列於表1。
(3)對一實際工件淬火—回火前後的直徑進行測量，計算其直徑差為0.034mm，由得到的試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係，可確定出其脫碳層深度為0.2-0.3mm之間。
表1 不同直徑不同脫碳層深度下淬火—回火前後直徑的變化值(實測值)
權利要求
1.一種彈簧鋼脫碳層深度的無損檢測方法，其特徵在於分別測量彈簧鋼件在熱處理前後的直徑值，利用其直徑的差值對彈簧鋼件在熱處理過程中脫碳層深度進行無損檢測；包括以下步驟(1)對於材料相同、直徑相同的同一批彈簧鋼，製備試樣40件，長度均為100mm，取10件進行淬火(淬火時工件淬透)-回火處理，使這10件脫碳層深度在0.1mm，測量各試樣淬火-回火前後直徑差並記錄，對各試樣切檢，在金相顯微鏡下測出脫碳層深度，選取脫碳層深度在0.1±0.01mm範圍內的試樣，計算這些試樣淬火-回火前後直徑的差值的平均值並記錄；(2)再依次三次取試樣各10件，使這些試樣的脫碳層深度分別達到0.2mm、0.3mm、0.4mm、重複上述試驗，得到試樣脫碳層深度與試樣直徑差之間的關係；(3)對實際工件淬火-回火前後的直徑進行測量，利用其直徑差與脫碳層深度之間的關係確定出脫碳層深度。
全文摘要
本發明公開了一種彈簧鋼脫碳層深度的檢測方法，屬於彈簧鋼在熱處理過程中脫碳層深度的無損檢測技術領域。利用彈簧鋼件進行淬火、回火處理時的組織變化而引起尺寸變化，分別測量彈簧鋼件在熱處理前後的直徑值，根據其直徑的差值對彈簧鋼件在熱處理過程中脫碳層深度進行無損檢測。本發明可以在不破壞工件的情況下進行檢測，亦即實現對鋼的脫碳層深度的無損檢測，可實現100％檢測，也可實現現場檢測。本發明檢測方法簡單、方便、快捷。
文檔編號G01B21/10GK101063676SQ20071011883
公開日2007年10月31日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者張勵忠, 邢書明, 鮑培偉, 陳文輝 申請人:北京交通大學