CN103616387A - 弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法。在取样方式上，每件试样从纵截面上取固定长度制成金相样，同一炉弹簧钢中至少从5件不同盘条上各取一个样。在观测区的选定方面，对夹杂物检验选择靠近盘条边缘的观测区，并对盘条直径d≤8mm及8mm<d≤20mm两种情况加以区分。每件试样至少在观测区内选择4个夹杂物分布最恶劣视场，在金相显微镜200X下观察、采集图片，采用图像仪分析视场照片，计算出夹杂物面积百分比、单位面积颗粒数、最大夹杂物宽度。本发明观测区域设定在影响弹簧疲劳性能最显著的近表面区域，每批产品能获取足够数量的视场，可精确测量夹杂物密集视场中单颗粒的尺寸、数量、面积百分比，测量结果更精确。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁材料的质量检测，具体地指一种弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法。
背景技术
弹簧钢广泛应用于车辆悬架减震弹簧、发动机气门弹簧等涉及整车安全核心零部件的制造。在工作状态下，由于弹簧表面受到的周期性弯曲、扭转等交变应力作用最大，分布在此处的夹杂物容易造成应力集中，在钢基处形成微裂纹，并且在最大应力作用下不断扩展。因此，近表面夹杂物是导致弹簧疲劳断裂的重要原因。
夹杂物对弹簧钢的危害主要取决于三方面：种类、数量与尺寸。在夹杂物种类方面，以脆性Al2O3夹杂或大尺寸不变形（D类或Ds类）夹杂物危害最大。数量方面，近表面位置夹杂物的数量越多，对弹簧钢的危害作用也越大。尺寸方面，大颗粒夹杂物的危害性相比小颗粒要大得多。综合评价弹簧钢夹杂物水平，若仅按常规性检验的要求进行夹杂物评级是不够的，还需特别注意盘条近表面夹杂物的统计分布。
“钢材中非金属夹杂物的测量方法”（CN201210066724.7）公开了一种钢材中非金属夹杂物的测量方法，包括以下步骤：（1）取样；（2）镶嵌；（3）研磨；（4）抛光；（5）清洗；（6）腐蚀；（7）显微金相检测。选取试样中夹杂物分布密集的典型视场采集图片，并对图片进行适当处理，依据图片成像结果和所选参数，由软件自动进行评级，并打印出检测报表。这种方法不能满足那些对夹杂物颗粒大小、分布位置等有特殊要求的钢种检验需求，具有一定的局限性；而且对夹杂物观测面积没有根据待检验钢材的几何规格做出明确规定。
“钢中非金属夹杂物定量分析方法”（CN200510013187.X）公开了一种钢中非金属夹杂物定量分析的方法。该方法克服了常规夹杂物分析方法中存在的缺陷，通过计算机对金相显微镜采集的图片数据进行图像处理，实施对夹杂物的识别以及参数测量，将测量结果用定量模型计算或与标准图谱对比分析，给出定量评定结果。将本方法与国标GB10561相结合，可测出每一类夹杂物的总长度、平均宽度和每类夹杂物的个体数量，作为评级的依据。但是，该方法并未对非金属夹杂物显微观测的区域未做出详细的界定，最终得出的结果不能从全局反映观测视场内夹杂物颗粒尺寸的统计学分布规律。因此，如果应用于对近表面夹杂物颗粒整体要求较高的弹簧钢盘条检验上，具有一定的局限性。
综上所述，现有弹簧钢盘条夹杂物的检测方法存在以下问题：
1）参照图谱评级的方式只能定性的给出测量结果；
2）未将观测区域设定在影响弹簧疲劳性能最显著的近表面区域；
3）不能精确测量夹杂物密集视场中单颗粒的尺寸、数量、面积百分比；
4）不能根据统计学原理，对弹簧钢盘条夹杂物分布做综合评价。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，符合弹簧钢盘条特殊要求，使测量结果能更精确、更详尽地对弹簧钢盘条夹杂物分布做出综合评价。
为实现上述目的，本发明弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，包括以下步骤：
1）取样：在弹簧钢盘条上沿直径面和轧制长度方向取固定长度L的呈半圆柱体的试样，同一炉次弹簧钢中至少从5件不同盘条上各取一个样；
2）制样：在试样的过直径切割面上，通过镶嵌、磨制、抛光后制成金相显微分析试样；
3）选定观测区域：对于直径d≤8mm的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取1/4直径长度作为观测区域；对于直径8mm<d≤20mm的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取长度为k作为观测区域；
4）夹杂物检测：对同一炉次弹簧钢，每件试样至少从观测区域内选取4个夹杂物密集的典型视场，在金相显微镜200X放大倍数下观察、采集图片；
5）将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析，计算所有观测视场下的夹杂物平均面积百分比、平均单位面积颗粒数和最大夹杂物宽度，并对同一炉次弹簧钢全部观测视场中的夹杂物尺寸-数量进行汇总，作分类统计表，根据分类统计表，绘制夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图。
优选的，步骤1）每次取样时，固定长度L=20～30mm。
优选的，步骤2）制样中，试样通过酚醛树脂热镶嵌、不同粒度金相砂纸磨制、2.5μm金刚石抛光剂抛光后制成金相显微分析试样。
优选的，步骤3）中，对于直径8mm<d≤20mm的盘条，观测区域的截取长度为k=2～3mm。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，可给出定量测量结果，可将观测区域设定在影响弹簧疲劳性能最显著的近表面区域，每批产品在观测区域内获取足够数量的视场，可以精确测量夹杂物密集视场中单颗粒的尺寸、数量、面积百分比，可以根据统计学原理，对弹簧钢盘条夹杂物分布做综合评价。本发明夹杂物定量检验方法符合弹簧钢盘条的特殊要求，使测量结果能更精确。
附图说明
图1为本发明取样方向的结构示意图。
图2为明直径d≤8mm的盘条选定观测区的结构示意图。
图3为实施例1中夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图。
图4为直径8mm<d≤20mm的盘条选定观测区的结构示意图。
图5为实施例2中夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
1）取样：通过线切割的方式，在弹簧钢盘条上过直径面并沿轧制方向取长度L=20mm呈半圆柱体的试样，如图1所示，同一炉次弹簧钢从6件不同盘条上各取1个样；
2）制样：在试样的过直径切割面上，通过酚醛树脂热镶嵌、不同粒度金相砂纸磨制、2.5μm金刚石抛光剂抛光后制成金相显微分析试样，在制样过程中，避免试样边缘待检测部位留存划痕、污染物等影响观测结果的因子。
3）选定观测区：对于直径d≤8mm的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取1/4直径长度作为观测区域，如图2的阴影部分所示；
4）夹杂物检测：对同一炉次弹簧钢，每件试样从观测区域内选取4个夹杂物密集的典型视场，在金相显微镜200X放大倍数下观察、采集图片；
5）将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析，对同一炉次弹簧钢全部观测视场（N=24）中的夹杂物尺寸-数量进行汇总，作分类统计表，如见表1所示，根据分类统计表，绘制夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图，如图3所示；
表1 夹杂物尺寸分段统计表
| 类识标 | 分类下限（μm） | 分类上限（μm） | 颗粒数目（个） |
| 1 | 0 | 0.5 | 0 |
| 2 | 0.5 | 1 | 12 |
| 3 | 1 | 1.5 | 38 |
| 4 | 1.5 | 2 | 17 |
| 5 | 2 | 2.5 | 11 |
| 6 | 2.5 | 3 | 8 |
| 7 | 3 | 3.5 | 5 |
| 8 | 3.5 | 4 | 4 |
| 9 | 4 | 4.5 | 3 |
| 10 | 4.5 | 5 | 4 |
| 11 | 5 | 5.5 | 4 |
同时，计算所有观测视场下的夹杂物平均面积百分比（A/%）、平均单位面积颗粒数（C./mm2）与最大夹杂物宽度（W（max）/μm），如表2所示。
表2 夹杂物的定量检测结果
实施例2
1）取样：通过线切割的方式，在弹簧钢盘条上通过直径面沿轧制方向取长度L=20mm呈半圆柱体的试样，如图1所示，同一炉次弹簧钢从6件不同盘条上各取1个样；
2）制样：在试样的过直径切割面上，通过酚醛树脂热镶嵌、不同粒度金相砂纸磨制、2.5μm金刚石抛光剂抛光后制成金相显微分析试样，在制样过程中，避免试样边缘待检测部位留存划痕、污染物等影响观测结果的因子。
3）选定观测区：对于直径8mm<d≤20mm的的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取k=2mm作为观测区域，如图4的阴影部分所示；
4）夹杂物检测：对同一炉次弹簧钢，每件试样从观测区域内选取5个夹杂物密集的典型视场，在金相显微镜200X放大倍数下观察、采集图片；
5）将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析，对同一炉次弹簧钢全部观测视场（N=30）中的夹杂物尺寸-数量进行汇总，作分类统计表，如见表3所示，根据分类统计表，绘制夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图，如图5所示；
表3 夹杂物尺寸分段统计表
| 类识标 | 分类下限（μm） | 分类上限（μm） | 颗粒数目（个） |
| 1 | 0 | 0.5 | 0 |
| 2 | 0.5 | 1 | 21 |
| 3 | 1 | 1.5 | 59 |
| 4 | 1.5 | 2 | 28 |
| 5 | 2 | 2.5 | 9 |
| 6 | 2.5 | 3 | 3 |
| 7 | 3 | 3.5 | 2 |
| 8 | 3.5 | 4 | 1 |
| 9 | 4 | 4.5 | 1 |
| 10 | 4.5 | 5 | 3 |
同时，计算所有观测视场下的夹杂物平均面积百分比（A/%）、平均单位面积颗粒数（C./mm2）与最大夹杂物宽度（W（max）/μm），如表4所示。
表4 夹杂物的定量检测结果
Claims (4)
1.一种弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取样：在弹簧钢盘条上沿直径面和轧制长度方向取固定长度L的呈半圆柱体的试样，同一炉次弹簧钢中至少从5件不同盘条上各取一个样；
2）制样：在试样的过直径切割面上，通过镶嵌、磨制、抛光后制成金相显微分析试样；
3）选定观测区域：对于直径d≤8mm的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取1/4直径长度作为观测区域；对于直径8mm<d≤20mm的盘条，从试样过直径切割面的两端分别向中心方向截取长度为k作为观测区域；
4）夹杂物检测：对同一炉次弹簧钢，每件试样至少从观测区域内选取4个夹杂物密集的典型视场，在金相显微镜200X放大倍数下观察、采集图片；
5）将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析，计算所有观测视场下的夹杂物平均面积百分比、平均单位面积颗粒数和最大夹杂物宽度，并对同一炉次弹簧钢全部观测视场中的夹杂物尺寸-数量进行汇总，作分类统计表，根据分类统计表，绘制夹杂物尺寸区间-颗粒数的区间分布图。
2.根据权利要求1所述的弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，其特征在于：步骤1）每次取样时，固定长度L=20～30mm。
3.根据权利要求1所述的弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，其特征在于：步骤2）制样中，试样通过酚醛树脂热镶嵌、不同粒度金相砂纸磨制、2.5μm金刚石抛光剂抛光后制成金相显微分析试样。
4.根据权利要求1所述的弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，其特征在于：步骤3）中，对于直径8mm<d≤20mm的盘条，观测区域的截取长度为k=2～3mm。
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