CS269837B1 - Způsob nedestruktivního zjištováni hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká oboru nedestruktivního zkoušení materiálu. Pro zjištění hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyroDených z oceli se změří měrný elektrický odpor a hlubka zakalené vrstvy se urči pomocí cejchovní závislosti měrného elektrického odporu na hlubce zakalené vrstvy se známou hloubkou zakalené vrstvy určené jinou, zejména absolutní metodou. Místo absolutních hodnot měrného elektrického odporu mohou být použity hodnoty, které jsou tomuto pouze úměrné, zejména úbytky napětí. Pro uvedený způsob je navrženo jednoduché zařízení. Způsob a zařízení najdou uplatnění jako kontrolní metoda tam, kde se vyvíjejí a aplikují metody parciálníno kalení součástí z oceli, zejména v ložiskovém průmyslu.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení nedestruktivního zajišťování hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli, zejména oceli na valivá ložiska.

Jediný existující způsob spolehlivého zjištění hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli je destruktivní. Parciálně zakalená součást se ve sledovaném místě rozřeže příčným nebo podélným řezem, anebo pro dosažení větší přesnosti stanovení řezem skloněným v menším úhlu než 90 °C k povrchu a na řezové ploše se známým postupem připraví metalografický výbrus. Na metalografickém výbrusu se potom v odstupňovaných vzdálenostech od povrchu směrem do jádra součásti měří tvrdost při vhod ném zatížení a z výsledků měření tvrdosti se podle zadaných požadavků určí hloubka zakalené vrstvy o požadované tvrdosti. Z důvodu statistické povahy měření tvrdosti je vhodná celé měření tvrdosti na rovinném řezu součásti od povrchu směrem do jádra provést na několika ekvivalentních nebo blízkých místech. Tato jediná absolutní metoda stanovení hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli je velmi pracná a náročná na čas. Navíc je to metoda destruktivní, protože sledovaná součást je při aplikaci metody zničena.

Všechny nedestruktivní způsoby zjišťování hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli jsou etalonové. Tyto způsoby používají metody měření magnetických veličin jako je metoda zbytkového magnetického pole, metoda toku magnetickým jhem a metoda střídavého pole.

Metoda zbytkového magnetického pole má nevýhodu v tom, že výsledek měření ovlivňují svým podílem i sousední oblasti, které nebyly magnetováním magneticky nasyceny, což může vyvolat klamnou představu o vlastnostech materiálu. Dále jé pro zvýšení spolehlivosti vhodné zařadit mezi dvě měření odmagnetování střídavým polem, čímž je zvýšena pracnost měření. Metoda toku magnetickým jhem má nevýhodu v tom, že správné výsledky poskytuje jen tehdy, když je dosaženo magnetizace až do nasycení. Při použití příložné sondy pro magnetizaci se tento stav dosahuje obtížně', praxe však ukazuje, že i v případě magnetování v cívce se v jednom případě ze tří až pěti opakovaných kontrolních měření provedených na témže místě sledované součásti stav nasycení nedosáhne, čímž je ovlivněna spolehlivost metody a reprodukovatelnost výsledků. Metoda střídavého pole pracuje spolehlivě pouze v určitém rozmezí hloubek zakalené vrstvy a navíc megnetická permeabilita, která je zde testovanou veličinou, závisí na celé řadě materiálových vlastností kromě tvrdosti.

Všechny dosavadní způsoby nedestruktivního zjištování hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli mají společnou malou spolehlivost a možnost použití pouze ve specifických podmínkách, jednoúčelové, nikoliv univerzální použití.

Uvedené nedostatky ve značné míře odstraňuje způsob nedestruktivního zjišťování hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli, zejména z ocelí na valivá ložiska podle vynálezu. 'Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se změří na sledované součásti v dílčím objemu obsahujícím parciálně kalenou vrstvu měrný elektrický odpor. Hloubka zakalené vrsty se určí pomocí cejchovní závislosti měrného elektrického odporu na hloubce zakalené vrstvy pořízené na součástech téhož tvaru a rozměrů, parciálně kalených použitím téže technologie, se známou hloubkou zakalené vrstvy určenou jinou, zejména absolutní metodou. Další podstata způsobu podle vynálezu je v tom, že se použije hodnot, které jsou měrnému elektrickému odporu úměrné, zejména úbytku napětí. Další podstatou vynálezu je zařízení k provádění uvedeného způsobu. Zařízení podle vynálezu sestává ze zdroje stejnosměrného proudu připojeného k proudovým kontaktům pomocí elektrických vodičů přes komutátor, kterým lze měnit směr protékajícího proudu. Napěťové kontakty jsou propojeny na vstup mikrovoltmetru, kterým lze měřit úbytky stejnosměrného elektrického napětí. Další podstata zařízení podle vynálezu je v tom, že vzdálenost mezi napěťovými kontakty je konstantní.

CS 269837 Bl

Na připojeném výkresu je znázorněno schéma zařízení podle vynálezu, sloužícího ke stanovení hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli pomocí měření měrného elektrického odporu sledovaných součástí. Zařízení sestává ze zdroje £ stejnosměrného proudu, připojeného pomocí vodičů 2 přes komutátor £ k proudovým kontaktům £. Napěíové kontakty £ jsou pomocí vodičů 2 připojeny na vstup mikrovoltmetru 2· Proudové kontakty 2 ^a napěiové kontakty ή přiléhají k povrchu měřené součásti £> která je upevněna v držáku 2· Jako zdroj 2 stejnosměrného proudu může sloužit sériově vyráběný dvoucestný křemíkový usměrňovač typ DDK 3 výrobce OPP Brno venkov Tišnov, ze kterého lze získat stejnosměrný proud dvou hodnot: cca 2,65 A - poloha AUTO, 6 až 12 V a cca 8,75 A - poloha MOTO, 6 V anebo popřípadě jiný zdroj stabilizovaného stejnosměrného proudu umožňujícího přesně nastavit jmenovitou hodnotu provozních ampér, nejlépe v rozsahu 1 až 10 A. Držák 2 součásti 2 J^e vyrobený z elektricky nevodivého materiálu, například tvrzeného papíru, textilu a má za úkol fixovat polohu součásti 2 měření a vhodným způsobem připojuje k součásti 2 elektrické vodiče 2 pomocí dvou proudových kontaktů 2 ^a dvou napěíových kontaktů £. Napěťové kontakty 2 mají tvar nožových břitů, vhodným materiálem je kalená nízkouhlíková ocel, popřípadě v měkkém stavu a přikládají se na povrch součásti 2 P°d mírným tlakem, a to v místě, pod kterým se předpokládá existence zakalené vrstvy anebo vymezí na povrchu sledované součásti 2 plochu, pod kterou nás zajímají objemové vlastnosti zakalené vrstvy. Proudové kontakty 2 nejlépe ve tvaru mírně zaoblených symetrických hrotů anebo hrotů s vybroušenou příložnou plochou malých rozměrů z dobrého elektricky vodivého materiálu, například mědi, hliníku, jsou umístěny tak, aby se sledované součásti 3 pod mírným tlakem, zajištěným například pomocí pružiny, dotýkaly. Součást 2 slouží při měření jako elektrický vodič, kterým protéká proud a proudové kontakty 2 musí být umístěny vzhledem k povrchu součásti 2 tak, aby ve sledovaném objemu £ byl zajištěn pokud možno rovnoměrný tok proudu. Připojení zdroje £ stejnosměrného proudu k proudovým kantaktům 2 se provede pomocí elektrických vodičů 2 přes komutátor £, kterým lze měnit směr proudu protékajícího sledovanou součástí 2· Napěíové kontakty £ jsou propojeny na vstup mikro- , voltmetru 2, kterým lze měřit úbytky stejnosměrného elektrického napětí velikosti řádově stovek a desítek mikrovolt s přesností na jednotky mikrovolt. Takovým vhodným mikrovoltmetrem 2 je například číslicový multimetr typ MÍT 290 výrobek Metry Blansko.

Podle vynálezu se postupuje takto:

Nejprve se sledovaná součást 2 umístí v držáku 2 ^a k jejímu povrchu se přitlačí proudové kontakty 2 ^a napěíové kontakty £. Na mikrovoltmetru 2 je třeba zkontrolovat, popřípadě seřídit nastavení nuly. Při přitlačených napétových kontaktech £, připojeném mikrovoltmetru 2 a vypnutém proudu nesmí mikrovoltmetr 2 ukazovat hodnotu napětí mimo rozsah kolísání nuly. Pokud tomu tak není, je třeba uvolnit a znovu dotlačit napětové kontakty £, až se jmenovitá hodnota čtení na mikrovoltmetru 2 sníží do rozsahu kolísání nuly. Není nutné, aby povrch součásti byl ideálně hladký, například broušený. Tenká povlaková vrstva kysličníků, vznikající běžně na povrchu součástí při průchodu kalicí linkou, není překážkou. Součást 2 by pouze neměla mít v místech dotyku napétových kontaktů £ a proudových kontaktů 2 stopy hloubkové koroze. Dále se zapne proud, který protéká obvodem se vzorkem, tj. proudové kontakty £ se propojí přes komutátor £ se zdrojem £ stejnosměrného proudu. Nyní lze na mikrovoltmetru £ odečíst hodnotu úbytku napětí u^. Potom se změní komutátorem £ směr proudu protékajícího sledovanou součástí £ ^a ha mikrovoltmetru £ se odečte hodnota úbytku napětí U2·

Pro výpočet měrného elektrického odporu p podle definičního vztahu

I ^J CS 269837 Bl kde U je změřený úbytek napětí, I je jmenovitá hodnota proudu, S je průřez a 1 je délka vodiče, tj. dílčí části sledované součásti 3, k je konstanta závislá na průřezu a délce vodiče a hodnotě proudu I, se použije hodnota úbytku napětí ^U1 ^{+ u}2 U = --------------------2

Tímto způsobem lze totiž eliminovat vliv stejnosměrných parazitních šumových elektromotorických sil, například termoelektrických sil od magnetických polí a podobně. Dále je třeba věnovat pozornost tomu, aby v obvodu nevznikly žádné přechodové odpory.

Toto je postup při provádění jednoho dílčího měření měrného elektrického odporu za účelem zjištění hloubky kalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli.

Dále je třeba pro danou technologii parciálního kalení a daný tvar a rozměr vzorků - sledovaných součástí, sestrojit cejchovní křivku. K tomuto účelu je třeba mít k dispozici několik součástí, na kterých byla aplikována uvedená technologie parciálního kalení se známou anebo různou hloubkou zakalené vrstvy. Pokud hloubka zakalené vrstvy není známa, lze postupovat tak, že se nejprve proveoe na součástech v dílčím objemu měření měrného elektrického odporu a ty se potom rozřežou a hloubka zakalené vrstvy se určí destruktivním způsobem pomocí měření tvrdosti na řezech a sestrojí se cejchovní křivka.

V praxi bývá častou potřeba.kontroly velkého počtu stejných součástí, kdy parciálně kalená vrstva se nachází na identických částech součástí. Pro tyto případy je možné postupovat tak, že se pro stanovení hloubky zakalené vrstvy použije přímo změřených hodnot úbytku napětí na mikrovoltmetru 2·

Podmínky měření musí být přitom zcela identické, tj. musí být zachována konstantní vzdálenost napěťových kontaktů 2, hodnotp proudu musí být konstantní a musí být měřen identický objem 2 sledovaných součástí 2·· Potom není třeba počítat měrný elektrický odpor, ale je možné cejchovní křivku pro dané podmínky vztáhnout přímo k měřeným úbytkům napětí. Tímto způsobem se lze vyhnout výpočtu měrného elektrického odporu, který může být u složitých tvarů a průřezů součástí značně komplikovaný.

Celý postup podle vynálezu je velmi rychlý, obsahuje vteřinové operace, celkově méně než 1 min.:

- vložení součásti 2 do držáku 2

- přiložení proudových kontaktů 2

- přiložení napěťových kontaktů 6

- kontrola nuly mikrovoltmetru 2 - zapnutí proudu

- odečet hodnoty úbytku napětí, záznam hodnoty - komutace

- odečet hodnoty úbytku napětí, záznam hodnoty

- přepočet na měrný elektrický odpor, tj. násobení konstantou - konfrontace s cejchovní křivkou, určení hloubky zakalené vrstvy

Tento postup je možné zautomatizovat a zařadit do průběžné výrobní linky.

Příklad postupu podle vynálezu.

Postup podle vynálezu byl ověřen na případě hřídelí o průměru Í6x73 mm vřeten pro textilní stroje. Hřídele byly indukčně kaleny v okolí oběžných drah, takže pod oběžnou drahou vznikla zakalená vrstva tvaru čočky □ různé tloušťce - hloubce pod povrchem. Materiálem, z něhož byly hřídele vyrobeny byla ložisková ocel.

Zařízení podle vynálezu bylo upraveno tak, že držák 2 byl opatřen dvěma proudovými kontakty 2» které byly pomocí pružin přitlačovány na obě čela hřídelí. Napěťové kontakty

CS 269837 Bl byly realizovány dvěma nožovými břity, které byly dotlačovány na válcovou plochu hřídelí kolem oběžné dráhy a jejichž vzdálenost byla 8 mm. Jako zdroj £ stejnosměrného proudu sloužil dvoucestný křemíkový usměrňovač typ DUK 3 a jako mikrovoltmetr 2 digitální voltmetr s rozsahem 20 mV.

Na hřídeli číslo 1 byl změřen úbytek napětí 0,134 mV, po komutaci -0,126 mV, průměr absolutních hodnot obou měření byl určen 0,130 mV. Měrný elektrický odpor byl vypočten násobením konstantou k = 274,2 mA’^ . 10~\ která byla vypočtena pro dané rozměry hříde_ Q le a danou hodnotu proudu jako 35,6x10 j-um. Později byla pro tuto hřídel zjištěna na řezu hloubka vrstvy s tvrdostí HRC 58 2,5 mm. Na hřídeli číslo 2 byl změřen úbytek napětí 0,088 mV, po komutaci -0,091 mV, průměr absolutních hodnot 0,0895 mV a příslušná hodnota měrného elektrického odporu byla vypočtena jako 24,5x10 ⁸_n_m. Na tomto vzorku byla na řezu pod oběžnou drahou zjištěna hloubka vrstvy s tvrdostí HRC 58 pouze 0,8 mm.

Takových výsledků porovnání měrného elektrického odpuru změřeného na objemu hřídelí obsahujícím oběžnou dráhu a tvrdosti na řezu vzorkem pod oběžnou drahou bylo k dispozici 29. Těmito výsledky byla metodou nejmenších čtverců proložena lineární závislost.

hen = 0,138 χ P - 2,81 kde je hloubka v mm s tvrdostí HRC 58 pod oběžnou drahou a ý³ je měrný elektrický odpor v jednotkách Λη . 10 Tato přímka může sloužit jako cejchovní závislost pro určování hloubky zakalené vrstvy hřídelí textilních vřeten pod oběžnou drahou pro danou technologii kalení, jelikož koeficient korelace lineární závislosti 0,821 je statisticky velmi významný.

Způsoo a zařízení podle vynálezu mohou najít velmi dobré uplatnění všude tam, kde se vyvíjejí a aplikují metody parciálního kalení součástí vyrobených z oceli jako kontrolní metoda, protože '

- měrný elektrický odpor je velmi citlivým indikátorem hloubky zakalené vrstvy

- měrný elektrický odpor lze měřit s vysokou přesností

- zařízení je poměrně jednoduché, pořizovací náklady nejsou vysoké

- postup podle vynálezu je jednoduchý a rychlý a je možné jej zautomatizovat. ·

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob nedestruktivního zjižtování hloubky zakalené vrstvy parciálně kalených součástí vyrobených z oceli, zejména z oceli na valivá ložiska, vyznačující se tím, že se zaměří na sledované součásti v dílčím objemu obsahujícím parciálně kalenou vrstvu, měrný elektrický odpor a hloubka zakalené vrstvy se určí pomocí cejchovní závislosti měrného elektrického odporu na hloubce zakalené vrstvy, pořízené na součástech téhož tvaru a rozměrů, parciálně kalených použitím téže technologie, se známou hloubkou zakalené vrstvy určenou jinou, zejména absolutní metodou.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se použije hodnot, které jsou měrnému elektrickému odporu úměrné, zejména úbytku napětí.
3. 3. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, vyznačující se tím, že sestává ze zdroje (1) stejnosměrného proudu, připojeného k proudovým kontaktům (5) pomocí elektrických vodičů (9) přes komutátor (8), pro změnu směru protékajícího proudu, přičemž napětové kontakty (6) jsou propojeny na vstup mikrovoltmetru (7), pro měření úbytku stejnosměrného elektrického napětí.

   CS 269B37 Bl
4. 4. Zařízení podle bodu 2> vyznačující se tím, že vzdálenost mezi napěťovými kontakty (6) je konstantní.