上海底特精密緊固件股份有限公司
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Tiger2000金相圖像分析儀主要由三部分組成:PME3-311U倒置金相顯微鏡、CCD攝像和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、Tiger 金相圖像分析軟件系統(tǒng)。
3.1 測(cè)量參數(shù)的選擇原則和方法 圖像分析儀提供兩大類結(jié)果:“測(cè)量參數(shù)”結(jié)果和分析計(jì)算結(jié)果。 測(cè)量參數(shù)分為四種類型:視場(chǎng)參數(shù)、交互參數(shù)、個(gè)體參數(shù)、密度參數(shù)。 分析測(cè)量類型分為三種類型:視場(chǎng)測(cè)量、交互測(cè)量、個(gè)體測(cè)量。 選擇“測(cè)量參數(shù)”的類型應(yīng)與“分析測(cè)量”的類型相吻合。 3.2 Tiger2000金相圖像分析儀的分析方法 以鐵素體含量測(cè)量為例,它的分析測(cè)量類型為視場(chǎng)測(cè)量,測(cè)量參數(shù)為視場(chǎng)參數(shù)VV。選用圖象分析儀 中百分含量測(cè)量程序,圖像分析儀首先通過金相顯微鏡、攝像頭采集顯微組織圖像,圖像中白色條塊狀 為鐵素體,其他灰色和灰白色組織是回火的索氏體,將顯微組織圖像進(jìn)行二值化,即把灰度圖像轉(zhuǎn)變成 計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的黑白圖象,然后對(duì)圖像進(jìn)行代數(shù)與邏輯運(yùn)算,對(duì)圖像求非,把分析對(duì)象(鐵素體)轉(zhuǎn)換 成黑相,回火索氏體變成白色的背景。以視場(chǎng)測(cè)量,測(cè)量出黑相(鐵素體)的含量。 需要說明的是,圖像儀在將圖像進(jìn)行二值化時(shí),有可能將顏色發(fā)白的索氏體變成黑相。在這種情況 下,需要人工對(duì)非鐵素體組織進(jìn)行辨認(rèn)并剔除。圖象儀在將顯微組織圖象進(jìn)行二值化時(shí),可能會(huì)把分析 對(duì)象“腐蝕”或“膨脹”,對(duì)百分含量的分析的誤差不大于0.5%。
4 調(diào)質(zhì)螺栓樣品的準(zhǔn)備 4.1 ML35的熱處理參數(shù)的選擇 ML35鋼的臨界點(diǎn)溫度為:Ac1:730℃;Ac3:802℃;Ar1:680℃;Ar3:774℃;Ms:355℃。為保證螺栓 的 淬透性,選用M10的螺栓Q150B1055。為保證螺栓芯部有不同含量的未溶鐵素體,淬火加熱溫度為760℃, 保溫時(shí)間分別為:15分鐘、25分鐘、35分鐘、45分鐘、55分鐘。淬火介質(zhì)為堿水;鼗饻囟染鶠480℃, 保溫時(shí)間為55分鐘。 4.2 ML40Cr熱處理參數(shù)的選擇 ML40Cr鋼的臨界點(diǎn)溫度為:Ac1:780℃;Ac3:840℃;Ar1:693℃;Ar3:730℃;Ms:330℃。選用M12的 螺栓。淬火加熱溫度為820℃,保溫時(shí)間分別為:15分鐘、25分鐘、35分鐘、45分鐘、55分鐘。淬火介質(zhì) 為20#機(jī)油;鼗饻囟染鶠520℃,保溫時(shí)間為55分鐘。 4.3 螺栓樣品的制備 依據(jù)上述的熱處理制度,在SX2-4-10箱式爐中淬火回火。每種熱處理制度下的螺栓樣品數(shù)為20件。為避免 螺栓在淬火時(shí)產(chǎn)生的非馬氏體組織對(duì)螺栓硬度和抗拉強(qiáng)度的影響,螺栓在淬火出來后,檢查距螺栓末端 1/2以上的螺紋直徑的截面的淬火組織,對(duì)淬火時(shí)產(chǎn)生較多屈氏體的螺栓樣品應(yīng)該剔除。 4.4 螺栓硬度的測(cè)定螺栓的硬度檢驗(yàn)在HB-3000型布氏硬度計(jì)上進(jìn)行。硬度檢驗(yàn)在距螺栓末端約一個(gè)螺紋 直徑的截面上的中心位置進(jìn)行。
5 螺栓芯部鐵素體的測(cè)定 利用Tiger2000金相圖像分析儀中的百分含量測(cè)量軟件,對(duì)不同熱處理制度下的螺栓分別測(cè)定芯部鐵素體 的含量,對(duì)每件螺栓,選三個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。共測(cè)量了100件螺栓。
6 試驗(yàn)結(jié)果與討論 從表1的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,螺栓的芯部鐵素體含量與硬度有明顯的關(guān)聯(lián)。由于圖像儀在分析百分含量時(shí) 存在0.5%的誤差,在分析螺栓鐵素體含量與硬度關(guān)系時(shí),采用螺栓芯部鐵素體含量區(qū)間來分析對(duì)硬度的影 響,求出每個(gè)區(qū)間螺栓芯部硬度的平均值,見表1、表2。 對(duì)于ML35鋼制造的8.8級(jí)螺栓,按照緊固件公司熱處理生產(chǎn)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),8.8級(jí)螺栓的最低硬度為255HBS。 螺栓芯部的鐵素體含量應(yīng)不大于12%。 對(duì)于ML40Cr鋼制造的10.9級(jí)螺栓,按照緊固件公司熱處理生產(chǎn)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),10.9級(jí)螺栓的最低硬度為1HBS 。螺栓芯部的鐵素體含量應(yīng)不大于4%。
7 螺栓芯部鐵素體等級(jí)的劃分 7.1 螺栓機(jī)械性能的驗(yàn)證 按照GB3098.1-82《緊固件機(jī)械性能——螺栓、螺釘和螺柱》,螺栓主要的機(jī)械性能有:硬度、抗 拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、保證應(yīng)力、伸長率等。中碳鋼制造的8.8級(jí)螺栓的最低回火溫度為450℃,合金鋼制 造的10.9級(jí)螺栓的最低回火溫度為425℃。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在B類試驗(yàn)項(xiàng)目中,用保證載荷試驗(yàn)方法檢查螺 栓的最小屈服強(qiáng)度。 保證載荷試驗(yàn)方法:將螺栓在材料試驗(yàn)機(jī)上做拉力試驗(yàn),施加標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的保證載荷。施加的保 證載荷應(yīng)持續(xù)15秒鐘。測(cè)量螺栓由于施加保證載荷引起的永久伸長量。永久伸長量(包括測(cè)量誤差) 不應(yīng)大于12.5μm。再回火試驗(yàn)方法:試驗(yàn)前測(cè)定螺栓的硬度,按比最低回火溫度低10℃的溫度進(jìn)行再回 火。保溫7.2 制定芯部鐵素體等級(jí)圖譜依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合螺栓產(chǎn)品要求和緊固件公司熱處理的實(shí)際情況 ,制訂中碳鋼螺栓(8.8級(jí))和中碳合金鋼螺栓(10.9及以上級(jí))芯部鐵素體組織的分級(jí)圖譜。
8 鐵素體等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在生產(chǎn)中的應(yīng)用 8.1 中碳鋼鐵素體等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用緊固件公司熱處理車間的8.8級(jí)螺栓,材料為ML35,或35K,或S35C。以 前,在熱處理生產(chǎn)過程中,對(duì)螺栓的質(zhì)量控制是分別檢查螺栓在淬火后和回火后的頭部或尾部的硬度,對(duì) 螺栓的芯部鐵素體一直未作要求,致使螺栓在裝配時(shí)被拉長或拉斷。如康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)漲緊輪的緊固螺栓, 材料為ML35,強(qiáng)度為8.8級(jí),在裝配時(shí)常被拉長。對(duì)失效的螺栓分析發(fā)現(xiàn),螺栓組織中含有大量的鐵素體 。現(xiàn)在對(duì)這類有較高裝配扭矩要求的螺栓,在熱處理過程中,不僅控制淬火和回火的硬度,同時(shí)將其芯部 鐵素體控制在3級(jí)以內(nèi),杜絕了這類螺栓在裝配時(shí)被拉長或拉斷。 8.2 中碳合金鋼鐵素體等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用中碳合金鋼在緊固件公司主要用來制造 9.8、10.9、12.9共三個(gè)級(jí)別的螺栓。
對(duì)于螺栓芯部鐵素體的評(píng)級(jí)分下面幾種情況: 1)對(duì)于無疲勞壽命要求的9.8、10.9螺栓, 如發(fā)動(dòng)機(jī)前支架緊固螺栓,螺栓芯部鐵素體1~3級(jí)合格。 2)對(duì)于有疲勞壽命要求的9.8、10.9螺栓, 如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿螺栓,螺栓芯部鐵素體1~2級(jí)合格。 3)對(duì)于12.9級(jí)螺栓,現(xiàn)主要用于康明斯 發(fā)動(dòng)機(jī),螺栓均有疲勞壽命要求,螺栓芯部鐵螺栓一類的聯(lián)接緊固件,是機(jī)器維修中用得最多的標(biāo)準(zhǔn)件之 一。在日常修理中,有時(shí)圖省事或想當(dāng)然,不按技術(shù)要求裝配,常使機(jī)器在工作中發(fā)生螺栓松 脫,聯(lián)接失敗。這里介紹一些常出現(xiàn)的問題,以期引起維修人員注意。
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