РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методология проведения исследований.
В настоящее время контролю подвергают лишь одну втулку от партии
до 70 штук. Это не обеспечивает полный контроль однородности свойств всех
заготовок, поскольку их, например на заводе "Мотордеталь-Правэкс", получают при
последовательной заливке на 6 центробежных машинах, а металл поступает из
подогреваемого миксера. При длительной выдержке в миксере имеет место угар
химических элементов. Их восполняют модифицированием в ковше, непосредственно
перед заливкой. Одинаковый ввод количества модифицирующей добавки, включающий
электродный бой, не обеспечивает однородность химического состава всей партии
заготовок (полностью не компенсируется концентрация углерода, кремния).
Методологически работа была построена следующим образом. По месту оценки
твердости определяли значение коэрцитивной силы и анализировали структуру
матрицы металла, форму графита, его количество, оценивали уровень
микротвердости всех структурных составляющих (цементит, фосфидная эвтектика,
феррит, перлит (темная составляющая) и троостит (светлая соствляющая)). Для
выяснения роли различных факторов в изменении показаний коэрцитивной силы
изучали:
влияние напряжений первого рода;
роль формы и количества графита;
влияние соотношения фаз;
наличие ликвационных процессов при кристаллизации;
изменение химического состава;
изменение микротвердости по сечению отливки;
неоднородность структуры и свойств.
Одновременно анализировали влияние способа измерения Нс (тангенциальное или
радиальное расположение щупа) на её показания. Анализировали возможную ошибку
оператора в оценке уровня твердости.
Такие комплексные исследования были необходимы для выяснения основных факторов,
влияющих на показания Нс.
2.2. Материал исследований.
В работе исследованы втулки из серого чугуна, различной степени легированости,
изготовленные методом центробежного литья. При изучении структуры, свойств
материала и определении Нс анализировали втулки непосредственно после литья, а
также на отобранных специальных кольцах, как это производится при сдаточных
испытаниях. Химический состав исследуемых сплавов приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Химический состав втулок цилиндров для малых судов
Массовая доля элемента, %
Si
C+Si
Mn
Ni
Cu
Cr
Mo
Ti
Не более
3,1-3,5
1,8-2,3
5,3-5,7
0,7-1,2
0,3-1,17
0,8-1
0,35-0,5
0,3-0,6
0,05-0,12
0,15
0,1
Для статистического анализа использовали судовые втулки из низколегированного
чугуна производства Мотордеталь – Правэкс. Металл выплавляли в индукционных
печах, затем переливали в прогреваемый миксер. Разливку осуществляли из ковша
последовательно в 6 центробежных машин. На каждой машине отливали спаренные
втулки. При выдержке в ковше имеет место угар углерода, поэтому перед заливкой
в ковш добавляли модификатор (углеродный бой и кремния FeSi).
Ниже приведены требования по механическим свойствам, структуре металла и
качеству поверхности.
Механические свойства чугуна:
минимальный предел прочности при растяжении 294 МПа;
твёрдость 217 – 269 НВ;
графит по ГОСТ 3443 – 87 (при увеличении х 100): на рабочей поверхности готовой
детали:
по распределению ПГр1; ПГр2; ПГр3 (рис. 2.1);
а)
б)
в)
Рис. 2.1. Распределение графита (х 100): а) равномерное (ПГр1);
б) неравномерное (ПГр 2); в) колонии пластинчатого графита (ПГр3) (х 100).
по величине включений ПГд45; ПГд90; ПГд180 (рис. 2.2);
а)
б)
в)
Рис. 2.2. Величина включений графита: а) ПГд45; б) ПГд90; в) ПГд 180 (х 100)
по количеству – ПГ6; ПГ10 (на наружной поверхности готовой детали глубиной до 2
мм) (рис. 2.3);
а)
б)
Рис. 2.3. Количество распределяемого графита: а) ПГ6; б) ПГ10 (х100)
Металлическая основа чугуна:
троостит; пластинчатый перлит (по количеству - П(ФО)) (рис. 2.4);
а)
б)
Рис. 2.4. Металлическая основа чугуна: а) троостит (Т) х 500; б) перлит (П(Ф0))
х 500
наличие цементита не допускается;
Фосфидная эвтектика:
по распределению ФЭр1, ФЭр2 (рис. 2.5);
а)
б)
Рис. 2.5. Фосфидная эвтектика по распределению: ФЭр 1; ФЭр 2 (х 100)
по строению ФЭ3, ФЭ4, ФЭ5 (рис. 2.6);
а)
б)
в)
Рис. 2.6. Фосфидная эвтектика по строению: а) тройная мелкозернистая (ФЭ 3); б)
тройная игольчатая (ФЭ 4); в) тройная с пластинами цементита (ФЭ 5) (х 500)
Допускается на внутренней поверхности в пределах 2/3 припуска наличие
неметаллических включений, мелких раковин, местных рыхлот на механическую
обработку.
Соблюдение технических требований при производстве втулок цилиндров позволяет
получить необходимую износостойкость, что является основным критерием их работы
в двигателе.
При проведении исследований устанавливали зависимости: структура матрицы –
твердость – коэрцитивная сила, которые могут характеризовать уровень качества
выпускаемой продукции.
2.3. Методика исследований неразрушающим контролем по коэрцитивной силе.
Характеристика прибора.
Известно, что уровень коэрцитивной силы (Нс) находится в тесной связи со
структурой материала и его химическим составом.
Были отобраны пробы для определения структуры, свойств и оценки факторов,
влияющих на показатели сдаточных характеристик металла и коэрцитивную силу.
Помимо структуры оценивали степень влияния ликвации (неоднородность
распределения основных, легирующих элементов и модифицирующих добавок),
дефектов (пористости), напряжений первого рода. Влияние всех факторов оценивали
статистически.
При этом для определения средней твёрдости по месту оценки коэрцитивной силы
проводили от 6 до 9 её измерений симметрично с двух сторон кольца (различные
плоскости кольца условно обозначали как матовую и блестящую поверхность). Для