Способ определения закаливаемости

 

Способ относится к области термической обработки сталей. Техническим результатом способа является уточнение вероятности нахождения значений твердости контролируемых сечений изделий в требуемом конструкторской документацией диапазоне. Способ включает измерения твердости на поверхности цилиндрических образцов, изготовленных из той же марки стали и закаленных с торца, на различных расстояниях от закаленного торца, а также определение на этих образцах расстояний, эквивалентных по общему диапазону твердости контролируемым сечениям изделий. Новым является то, что дополнительно к измерениям твердости на поверхности образцов производят измерения их твердости в сечениях, выполненных на расстоянии от торца образцов, эквивалентных по общему диапазону твердости контролируемым сечениям изделий, определяют относительную частоту измерений значений твердости в эквивалентных сечениях и по ней судят о вероятности нахождения значений твердости контролируемых сечений в требуемом интервале. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области термической обработки сталей. Целью способа является уточнение вероятности нахождения значений твердости контролируемых сечений изделий в требуемом конструкторской документацией интервале.

Известен способ определения закаливаемости сталей, когда ее выражают через твердость на определенных расстояниях от закаленного торца цилиндрических стальных образцов (патент Японии по заявке 1-24203 от 10.05.1989 г.). Недостатком этого способа является низкая точность прогнозирования значений твердости в сечениях закаленных изделий.

Этот недостаток частично устраняет способ определения закаливаемости в сечениях закаленных изделий, включающий установление необходимого минимума твердости после отпуска, установление необходимой твердости в критической точке сечения изделия, а также проверку соответствия твердости стали кривой торцевой прокаливаемости (Filetin T., Liscie B. Galinec J., New computeraided method for steel selection based on hardenobility. Heat Treat. Netals. 1996, 23, N 3, p. 63-66. Цит. по РЖ "Металлургия", 1996, 11И361). Недостатками этого способа являются контроль лишь минимума твердости, а также невысокая точность прогнозирования значений твердости в сечениях закаленных изделий.

Эти недостатки частично устраняет способ определения закаливаемости (прототип предлагаемого изобретения), который включает определение расстояния от закаленного торца цилиндрических образцов, эквивалентного по скорости охлаждения и соответственно по общему диапазону значений твердости контролируемым сечениям изделий (Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен, М., 1970, с. 21). Этим способом возможно определять интервал значений твердости в контролируемых сечениях закаленных изделий, изготовленных из той же стали. Однако невозможно определять вероятности соответствия значений твердости в сечениях изделий требованиям конструкторской документации.

Указанный недостаток устраняет способ определения прокаливаемости по предлагаемому изобретению. Поставленная в нем техническая задача достигается тем, что в известном способе, включающем измерения твердости поверхности на различных расстояниях от закаленного торца цилиндрических образцов, изготовленных из той же марки стали и закаленных с торца, а также определение на этих образцах расстояний, эквивалентных по общему диапазону твердости контролируемым сечениям изделий, дополнительно к измерениям твердости на поверхности образцов производят измерения их твердости в сечениях, выполненных на расстояниях от торца образцов, эквивалентных по общему диапазону твердости контролируемым сечениям изделий, и определяют относительную частоту измерений значений твердости в эквивалентных сечениях образцов, по которой судят о вероятности нахождения значений твердости контролируемых сечений в требуемом интервале.

Предлагаемый способ определения закаливаемости осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Для обоснования запуска в производство плавки стали 40Х в качестве материала для изготовления валов диаметром 38 мм, в сердцевине которых необходимо обеспечить твердость 30-40 HRC после закалки в спокойном масле, требуется определить вероятность отклонений стали плавки от указанных требований конструкторской документации. При решении этой задачи, согласно приложению к ГОСТ 4543-71, для стали 40Х оценивают расстояние от торцев цилиндрических образцов, эквивалентное по условиям закалки сердцевине валов диаметром 38 мм, которое определяют равным 13,5 мм, причем общий разброс твердости марки 40Х в этом сечении составляет 30 - 49 HRC. Для уточнения соответствия выбираемой плавки стали после закалки требованиям конструкторской документации в этом же сечении (13,5 мм) от плавки отбирают два прутка, из которых изготавливают два цилиндрических образца для торцевой закалки. После выполнения закалки образцы разрезают на расстоянии 13,5 мм от закаленного торца и в этом сечении производят по 50 измерений твердости. По ним строят гистограмму относительно частот результатов измерений (см. фаг. 1 приложения). С помощью гистограммы прогнозируют, что при использовании взятой плавки вероятность выхода за пределы требований конструкторской документации по минимальной твердости (30 HRC) в сердцевине валов составит только 3% (относительная частота - 0,03), а по максимальной твердости (40 HRC) отклонений не должно быть.

Пример 2.

Способ определения закаливаемости применяют аналогично примеру 1, но относительную частоту значений твердости определяют по результатам 50-кратных измерений твердости на 20-ти темплетах, вырезанных из 10 образцов различных плавок стали и содержащих поперечные сечения на расстоянии 3 мм от закаленных торцев образцов. Полученный вид гистограммы относительной частоты значений твердости аналогичен представленному на фиг. 1.

Пример 3.

Способ определения закаливаемости применяют аналогично примеру 1, но относительную частоту значений твердости определяют с использованием компьютерной программы в три этапа. На первом этапе по результатам измерений общего диапазона и промежуточных значений твердости (17,5 - 42 HRC_э) в основаниях зубьев пяти шестерен из стали 20ХГНМ, имеющих высоту, длину и ширину в основании зубьев 7,50 и 6 мм соответственно (указанному интервалу эквивалентно расстояние 9 мм от торцев закаленных цилиндрических образцов), строят гистограмму распределения относительной частоты значений твердости на указанном расстоянии для образцов, изготовленных из 150 плавок этой стали (см. фиг. 2). На втором этапе из нескольких стандартных распределений (нормального, бета- и гамма-) выбирают наиболее достоверное (см. фиг. 2.4), а также вычисляют отношение C асимметрии гистограммы A=0,85753 к асимметрии распределения A= 0,89989, характеризующее соответствие между собой этого распределения и гистограммы, равное C=0,95. На третьем этапе по выбранному распределению вычисляют вероятность P_k того, что значения твердости находятся в требуемом конструкторской документацией интервале 32 - 47 HRC_э. Для этого вычисляют определенный интеграл I_k и относят его к интегралу I_o от этой функции по всей области измерения твердости P_k=I_kI_o. Для распределения вида фиг. 2.4 P_k=0,15. В качестве критерия определяемого соответствия твердости оснований зубьев шестерен чертежным требованиям используют произведение CP_k=0,95·0,15=0,143 для рассматриваемого примера.

Указанные значения вероятностей удовлетворительно соответствовали консервативным оценкам результатов выборочного контроля твердости в основаниях шлицев и зубьев производившихся валов и шестерен.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышение точности соответствия изготавливаемых изделий требованиям конструкторской документации по твердости в контролируемых сечениях, а также по оптимальности выбора марок и плавок сталей.

Формула изобретения

1. Способ определения закаливаемости изделий из стали, включающий измерения твердости на различных расстояниях от закаленного торца цилиндрических образцов, изготовленных из той же марки стали и закаленных с торца, а также определение на этих образцах расстояний, эквивалентных по общему диапазону твердости контролируемым сечения изделий, отличающийся тем, что в каждом эквивалентном сечении образцов производят не менее 50 измерений твердости, по которым стоят гистограмму относительной частоты значений твердости, и по гистограмме определяют вероятность нахождения значений твердости контролируемого сечения изделия в требуемом интервале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2