Материал: Контроль качества объемно-закаленных деталей

Контроль качества объемно-закаленных деталей

Для деталей, работающих в условиях высоких контактных нагрузок изготовляемых из сталей ШХ 15, ШХ 15СГ, оптимальной является микроструктура скрыто- и мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными избыточными карбидами (баллы 1-4, рисунок 4).

Рисунок 4 - Микроструктура деталей, изготовляемых из марки стали ШХ 15СГ, после термической обработки. Ч500: балл 1 - скрытоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды; балл 2 - неравномерно травящийся скрытоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды; балл 3 - скрыто- и мелкоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды; балл 4 - мелкоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды

Количество троостита, оказывающее существенное влияние на работоспособность деталей, работающих при высоких контактных нагрузках, должно быть строго регламентировано. В структуре особо ответственных деталей подшипников допускается точечные (балл 5) или единичные участки троостита (рисунок 5, балл 6).

Для деталей подшипников сечением более 12 мм допускается количество троостита, соответствующее баллам 7,8 (рисунок 5).

Рисунок 5 - Допускаемые структуры для деталей марки стали ШХ 15СГ после термической обработки. Ч500: балл 5 - скрытоигольчатый мартенсит, избыточные карбиды и точечные участки троостита; балл 6 - среднеигольчатый мартенсит, единичные участки троостита и избыточные карбиды; балл 7 - мелкоигольчатый мартенсит, точечные участки троостита и избыточные карбиды; балл 8 - мелкоигольчатый мартенсит, единичные участки троостита и карбиды

Количество троостита, соответствующее баллу 9 свидетельствует о недостаточном нагреве или замедленном охлаждении при закалке и является недопустимым для всех деталей, работающих при высоких контактных нагрузках (рисунок 6).

Структура мартенсита с крупными карбидами (балл 10), а также структуры, состоящие из смеси мелко-, средне- и крупноигольчатого мартенсита (баллы 11, 12) или крупноигольчатого мартенсита с избыточными карбидами (балл 13), являются недопустимыми - перегрев при закалке (рисунок 6).

Рисунок 6 - Недопустимые структуры деталей, изготовленных из марки стали ШХ 15СГ после термической обработки. Ч500: балл 9 - мартенсит, троостит и избыточные карбиды; балл 10 - мартенсит с крупными карбидами; балл 11 - мелко- и среднеигольчатый мартенсит, избыточные карбиды; балл 12 - средне- и крупноигольчатый мартенсит, избыточные карбиды; балл 13 - крупноигольчатый мартенсит и избыточные карбиды

Для оценки длины игл мартенсита применяется стандартная 10 - бальная шкала по ГОСТ 8233-56. Характеристика мартенсита по длине игл в соответствии с бальностью представлена в таблице 3. Следует отметить, что пропорциональной количественной связи между величиной зерна аустенита и длиной мартенситных игл не имеется.

Таблица 3 - Характеристика мартенсита по длине игл

Размеры кристаллов мартенсита непосредственно после закалки стали зависят от величины действительного зерна аустенита, существовавшего при нагреве под закалку. В сталях с мелким зерном образуется скрытоигольчатый (скрытокристаллический) мартенсит, т.е. мартенсит, иглы которого трудно различить при просмотре на оптическом микроскопе. При возрастании величины аустенитного зерна (в зависимости от температуры нагрева под закалку и химического состава стали - содержания углерода и легирующих элементов) размеры кристаллов мартенсита увеличиваются. При наличии остаточного аустенита снижается стабильность формы и размеров деталей в процессе их эксплуатации из-за его самопроизвольного превращения в ходе работы деталей. При содержании остаточного аустенита свыше 10-12% ухудшается шлифуемость, возрастает чувствительность к образованию шлифовочных трещин.

К структурным составляющим закаленных и отпущенных сталей относятся также карбиды. Они имеют более высокую твердость, чем мартенсит, но обладают повышенной хрупкостью. Карбиды, растворяющиеся при нагреве под закалку (карбиды железа, марганца и хрома), способствуют насыщению аустенита углеродом и легирующими элементами. При этом обеспечивается предельная для данной стали закаливаемость и прокаливаемость. Нерастворимые являются карбиды, которые выделяются при затвердевании стали в составе эвтектики, и карбиды, которые не растворяются в аустените при температуре закалки. К ним относятся так называемые карбиды сильных карбидообразующих элементов: вольфрама, ванадия, молибдена, титана, ниобия.

Положительное влияние избыточных карбидов заключается в том, что они препятствуют росту зерна при нагреве до температуры закалки, повышают износостойкость и сопротивление разрушению стали. Однако образование значительного количества избыточных карбидов приводит к снижению концентрации углерода в твердом растворе - мартенсите, что отрицательно сказывается на показателях прочности и, особенно, вязкости стали.

Для деталей подшипников приняты температуры закалки в пределах 825-860 єС, при которых обеспечивается структура скрытокристаллический и мелкоигольчатый мартенсит. Повышение температуры закалки, приводящее к увеличению зерна аустенита, а следовательно, и к увеличению длины игл мартенсита, приводит к возрастанию контактной выносливости.

Повышение температуры отпуска приводит к снижению долговечности изделий из шарикоподшипниковых сталей. Для получения оптимальной долговечности изделий температура отпуска не должна превышать 170 єС, обеспечивая сохранение твердости на уровне не ниже HRC 63-65.