一种检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法与流程

本发明属于钢材原材料质量检验技术领域，具体涉及一种检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法。

背景技术：

轴承是机械行业的重要基础部件，其在高速、交变运动的环境下工作，承受着多种应力的作用，主要是交变应力，因此就要求其力学性能均匀。由于高碳铬轴承钢含有较高的合金元素，钢材冶炼冷却时形成的结晶偏析，在热轧变形时延伸而形成碳化物富集带，带状碳化物的存在使钢材组织中的合金成份不均匀，并且在一般的热处理过程中不能被消除，这会使轴承钢力学性能不均匀，从而降低轴承的质量和使用寿命。严重的碳化物带状组织还会使工件在淬火时产生较大的变形，增加热变形后钢的各向异性，成为形成淬火裂纹的根源。在生产实践中，发生过多次在对成品轴承套圈进行磁粉检测时，在端面及内外径出现批量性的磁痕显示，经检验确定均由碳化物带状造成，由于轴承产品的高要求，只能批量报废。因此，对轴承带状碳化物的评定和控制，必须做到非常准确可靠。

金属材料组织进行评定依赖于材料的显微组织分析技术，材料的显微组织分析通常包括三个主要阶段，即试样制备、显微组织显示以及显微组织分析，取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到检验目的。按标准规定，带状组织评级试样的检验面和检验方向为平行于锻、轧方向的纵截面，例如附图1所示，试样尺寸以检验面的面积小于400mm²，试样的厚度为15mm～20mm，试样太大则磨制平面过大，增长磨制时间且不易磨平，不能显示出真实组织。

现实情况是：检验时，希望对原材料的带状碳化物评级尽可能准确，特别是对于重要的轴承产品，而评级要准确时则取样也要求准确，但由于金相试样本身很小，不一定能取到存在带状碳化物的部位，或者是相对严重的部位。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法，该方法应用了磁粉检测的原理，尽可能地选取到碳化物带状相对严重的部位，使得之后的金相试样制备更有针对性、碳化物带状评级更加准确，从而有效保证轴承产品的质量。

本发明的目的可采用如下技术方案来实现：一种检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法，运用磁粉检测的原理，即利用缺陷漏磁场与磁粉的相互作用原理来检测铁磁性材料表面或近表面缺陷的一种无损检测方法，通常把检测时磁粉聚集而形成的图像称为磁痕，由于带状碳化物形成元素偏析、金相组织变化而引起磁导率变化，从而在两相界面处形成漏磁场，在强磁场下会产生磁痕显示；因碳化物带状与钢材的轧制方向平行，需采用直接通电法，即对试样进行周向磁化，使磁力线与碳化物带成垂直方向，进行磁粉检测；碳化物产生的磁痕呈带状，各碳化物分布带之间相互平行，磁痕显示的方向比较整齐，磁痕轮廓不分明，磁粉吸附与相关磁痕相比松散不浓密，并有复现性，在磁痕的指示下，可以确定是否存在钢材碳化物带状，从而可以有针对性地制作金相试样，提高评级的准确性。

所述的检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法，具体如下：

1、根据钢材棒料的直径不同，从钢棒料端部按要求切割出不同数量的试样；

2、在每个试样的端部标注相应的试样编号，并标注检测面序号；

3、将试样进行淬火、回火处理，淬火加热温度为：820℃～850℃、加热时间按试样厚度每1mm保温1.5min；回火加热温度为150°c、时间1h～2h；冷却剂为油；

4、将试样的每一个检测面进行磨削加工，使表面粗糙度至少达到ra1.6；试样的两端面也进行磨削加工，表面粗糙度达到ra3.2即可，但要保证两端平整无斜度，目的是为了通电磁化时夹持稳定；

5、采用湿式剩磁法进行磁粉检测，通电磁化前，试样表面应清洁干净，无污染和锈蚀，试样磁化通电2次～3次，每次磁化时间0.5s～1s，磁化后的试样不能与铁磁性物体接触，用磁悬液浸泡法进行检验，浸泡前应充分搅拌磁悬液，停止搅拌后，将磁化后的试样浸入磁悬液中不少于30s，然后缓慢取出试样，静置1min～2min，再进行磁痕检验；

6、根据以往多次试验验证，若未发现磁痕显示，则试样碳化物带状级别通常不会超过2级，如果没有特殊要求，则可判定原材料合格，无需再作进一步检验；若发现有磁痕显示，则选取磁痕显示最严重的区域，按《gb/t18254高碳铬轴承钢》标准规定，制作金相试样，进行最终检验和评级。

本发明的有益效果是：该方法克服了直接采用显微组织分析材质技术的不足，选取的试样兼顾到了原材料的径向纵截面和切向纵截面，扩大了取样范围，并且符合国家标准对于碳化物带状的检验要求，提高了检验和评级的准确性。

附图说明

图1是《gb/t18254—2016高碳铬轴承钢》中规定的轴承套圈用钢材直径＞60mm的碳化物带检验的取样部位示意图；

图2是棒料直径大于40mm的试样切割分块图；

图3是a试样示意图；

图4是b试样示意图；

图5是c试样示意图；

图6是棒料直径小于40mm的试样切割分块图；

图7是e试样示意图；

图8是d试样示意图；

图9为示例中的试样碳化物带状磁痕现实照片；

图9中：1、碳化物带状磁痕；2、样件。

具体实施方式

下面结合附图和具体示例对本发明作进一步详细描述：

如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，一种检验高碳铬轴承钢碳化物带状的前置取样方法，该方法的具体技术方案如下：

1、切割试样：

从钢棒料端部按图2、图3、图4、图5所示，由线切割机床切出试样，直径ф＞40mm的棒料，按图2切成a、b、c三块试样；直径ф≤40mm的棒料，按图6、图7、图8所示切成d、e两块试样。试样的尺寸如下表1、表2：

表1：

表2：

2、在每个试样的端部标注相应的试样编号a、b、c、d、e，并标识检测面记号δ，编上序号1、2、3、4，如图所示。

3、将试样进行淬、回火处理：

①淬火：加热温度820℃～850℃；

②淬火加热时间：按试样厚度每1mm保温1.5min；

③冷却剂：油；

④回火温度：150℃；

⑤回火时间：1h～2h。

4、将试样的每一个检测面进行磨削加工，使表面粗糙度至少达到ra1.6；试样的两端面也进行磨削加工，表面粗糙度达到ra3.2即可，但要保证两端平整无斜度，目的是为了通电磁化时夹持稳定。

5、采用湿式剩磁法进行磁粉检测，使用荧光磁粉、非荧光磁粉均可：

①启动磁粉检测设备，全面检查探伤设备各部状态，设备各部动作性能良好，无故障；

②若采用非荧光磁粉检测，应保证试样表面白光照度不小于1000lx；若采用荧光磁粉检测，应保证试样表面紫外辐照度不低于1000μw/cm²，白光照度不高于20lx；

③磁悬液搅拌均匀，用a-15/50人工标准试片进行设备综合性能校验，试片上人工槽显示清晰完整，校验合格后，方可进行磁粉检测；

④磁化电流的确定，按公式：ι＝（30～40）d

式中：i—磁化电流（a），d—等效直径，为试样横截面的周长/π（mm）

⑤通电磁化前，试样表面应清洁干净，无污染和锈蚀，将试样沿长度方向放置在磁粉检测设备的两个电极间夹紧并保证夹持良好，防止松动或打火；

⑥试样磁化通电2次～3次，每次磁化时间0.5s～1s，磁化后的试样不能与铁磁性物体接触；

⑦用磁悬液浸泡法进行检验，浸泡前应充分搅拌磁悬液，停止搅拌后，将磁化后的试样浸入磁悬液中不少于30s；然后缓慢取出试样，静置1min～2min，再进行磁痕检验。

6、根据以往的试验结果积累，若未发现磁痕显示，则试样碳化物带状级别通常不会超过2级，如果没有特殊要求，则可判定原材料合格，无需再作进一步检验；若发现有磁痕显示，则选取磁痕显示最严重的区域，按《gb/t18254高碳铬轴承钢》标准规定，制作金相试样，进行最终检验和评级。

7、图9为试样碳化物带状磁痕显示照片。