[發(fā)明專利]一種鋼鐵材料中最大非金屬夾雜物尺寸的測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410233827.7
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104007245A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張繼旺;魯連濤;宋青鵬;張寧;曾東方;張遠(yuǎn)彬
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20;G01N29/04;G01N1/28
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料中最大非金屬夾雜物尺寸的測試方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)械設(shè)備的高速化、高效化和輕量化發(fā)展，要求材料高強(qiáng)度化。高強(qiáng)度(包括疲勞強(qiáng)度)的高強(qiáng)度鋼、表面處理鋼和鑄鐵等材料被大量地用于機(jī)械結(jié)構(gòu)中。目前，鐵路車軸和輪軌、海洋結(jié)構(gòu)物、橋梁、發(fā)動機(jī)零部件、機(jī)械設(shè)備的軸承等，要求承受10⁹～10¹⁰次交變載荷而不破壞。但是，這些高強(qiáng)度的鋼鐵材料，在冶煉過程中，爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物均會進(jìn)入鋼液，而形成非金屬的夾雜物。由于非金屬夾雜物的存在，高強(qiáng)度的鋼鐵材料在交變載荷超過10⁷周次作用(即超長壽命疲勞區(qū)域，Giga-fatigue)后，仍然會發(fā)生自材料內(nèi)部非金屬夾雜物引起的疲勞破壞。研究表明，非金屬夾雜物的尺寸對材料的疲勞壽命有顯著影響。因此，對于高強(qiáng)度的機(jī)械機(jī)構(gòu)，有必要對其材料的內(nèi)部非金屬夾雜物尺寸，特別是最大非金屬夾雜物尺寸進(jìn)行測試，以指導(dǎo)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)。

目前，對于鋼鐵材料非金屬夾雜物的測量與評定方法主要有：金相法，無損檢查法和電解法。金相法，對所測鋼鐵材料取樣，研磨、拋光后用顯微鏡觀察；得出的非金屬夾雜物形貌只是一個(gè)截面的信息，信息量太少，難以準(zhǔn)確獲得夾雜的最大尺寸；且研磨、拋光等制樣過程中可能帶入新的非金屬夾雜物，也可能丟失固有的非金屬夾雜物，測量結(jié)果的誤差大。無損檢測法，是通過超聲波或X射線照射結(jié)構(gòu)或材料，根據(jù)非金屬夾雜物的反射或吸收與鋼鐵基體的反射或吸收不同，而探測出非金屬夾雜物；但超聲波探測對操作人員經(jīng)驗(yàn)要求很高，探測結(jié)果只是定性顯示，無法準(zhǔn)確定量獲得非金屬夾雜物尺寸，而X射線探測對操作人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求也較高，這些都影響探測結(jié)果的準(zhǔn)確性，且X射線對人體有害。電解法，是在電解液中將鋼鐵材料基體完全溶解掉，再過濾掉電解液得到不能被溶解的非金屬夾雜物。存在的問題是：酸性的電解水溶液會破壞鋼鐵中的許多非金屬夾雜物，從而影響其檢測結(jié)果的精度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋼鐵材料中最大非金屬夾雜物尺寸的測試方法，該方法的檢測結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案為：一種鋼鐵材料中最大非金屬夾雜物尺寸的測試方法，其具體作法是：

a、切取試樣坯料：從需要測試鋼鐵結(jié)構(gòu)中切取試樣坯料；

b、熱處理：將試樣坯料進(jìn)行淬火和回火處理，使試樣坯料的硬度為45-50HRC；

c、制作試樣：根據(jù)試樣坯料的成分，將試樣坯料加工制作成形狀呈砂漏狀的試樣；且試樣的尺寸使試樣的固有頻率等于超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作頻率；

d、表面強(qiáng)化處理：將c步得到的試樣表面進(jìn)行噴丸處理，使試樣表層的硬化層深度達(dá)到0.2mm；

e、超聲試驗(yàn)：將試樣在超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；

f、夾雜尺寸測量：將超聲試驗(yàn)后的試樣斷口用顯微鏡觀察，測出試樣斷口上的非金屬夾雜物尺寸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、通過淬火和回火保證材料的硬度在45-50HRC，并通過表面噴丸強(qiáng)化處理，使試樣表層的硬化層深度達(dá)到0.2mm；從而確保試樣進(jìn)行超聲疲勞試驗(yàn)時(shí)，從內(nèi)部最大非金屬夾雜物處發(fā)生夾雜疲勞破壞；再從試驗(yàn)斷口進(jìn)行顯微觀察測試，即可準(zhǔn)確測出最大非金屬夾雜物的尺寸。較之根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測出的“最大非金屬夾雜物”，或某一隨機(jī)截面的“最大非金屬夾雜物”，本發(fā)明確保了試驗(yàn)斷口位于最大非金屬夾雜物處，測出的最大非金屬夾雜物的尺寸準(zhǔn)確，測試的速度快。

二、在整個(gè)測試過程中，沒有引入任何新的雜質(zhì)，也沒有丟失任何固有的非金屬夾雜物，也使其測試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

三、用超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)速度快，也提高了本發(fā)明的測試速度。

進(jìn)一步，本發(fā)明的試樣的砂漏狀形狀在砂漏狀的凹陷底部呈直線。

較之凹陷底部為一點(diǎn)的砂漏狀試樣，本發(fā)明的凹陷底部呈直線的砂漏狀試樣，其危險(xiǎn)(凹陷底部)體積大幅提高，易于獲得更大體積范圍的最大尺寸非金屬夾雜物。進(jìn)一步提高了其測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

進(jìn)一步，本發(fā)明的e步的超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)中設(shè)置有上部開口、盛有冷卻水的冷卻水容器，超聲疲勞試驗(yàn)時(shí)，將試樣置于冷卻水容器中。

這樣，通過水冷方式，可有效防止試樣升溫發(fā)熱，以避免試樣軟化而不從最大尺寸非金屬夾雜物處發(fā)生夾雜疲勞現(xiàn)象，也進(jìn)一步提高了其測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

下面結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明