Спосіб визначення довготривалості підшипникової сталі

Изобретение "относится к испытаниям материалов и может быть использовано в черной металлургии при определении долговечности подшипниковой стали, эксплуатируемой в условиях циклических нагрузок„ Цель изобретения повышение точности определения долговечности подшипниковой стали» Способ включает оценку объемного содержания неметаллических включений и карбидов методами количественной металлографии и определение долговечности по эмпирической зависимостиа Дополни Изобретение относится к металлургии и, в частности, к испытаниям материалов для определения долговечности подшипниковой стали, эксплуатируемой в условиях циклических нагрузок. 47-89 тельно производят корректировку объемного содержания неметаллических включений, карбидов и определение долговечности осуществляют.по следу ющей формуле:L3p =-183356(І Vo' 4 К к» К к " К 0 Э Ф Ф и и . и е н т ы , полученные на основании циклических испытаний и учитывающие степень развития усталостных микротрещин у оксидов, оксисульфидов, сульфидов, нитридов и карбидов соответственно і-й размерной группы» Корректировочные коэффициенты определяют по формуле К 1 =aD+b, где а, Ъ - коэффициенты, соответственно равные для оксидов: а=0,05; Ь ж =0,13; оксисульфидов; а=0,01; Ь=0,04; сульфидов: а=0,003; Ь-0,0003; нитридов: а= 0,012; Ь=0,06; карбидов: а и =0,012; b=0,06; D - условный диаметр включений. Способ позволяет существенно повысить точность определения долговечности подшипниковой стали и получить данные, отражающие реальные эксплуатационные свойства,, 5 табл. C Цель изобретения - повышение точности определения долговечности подшипниковой стали0 П р и м е р 1„ Способ опробован на образцах металла промышленных плавок стали ШХ15, отличающихся содер (Л ел СЛ о СЛ 1531505 бидов испопьэораны коэффициенты К ( , учитывающие вклад включений различных типов и размеров в усталостное с разрушение ( с м и т а б л о 1 ) . Скорректированное содержание неметаллических включений рассчитано как сумма с к о р ректированных объемов включений у к а занных типов и размерных групп по tO формуле ( 1 ) . Корректировка содержания включений проведена умножением объемного процента каждой размерной группы (одного типа в к л ю ч е н и й ) на соответствующий коэффициент V і К 1 . В Ї5 результате корректировки получен п о казатель качества по неметаллическим включениям (скорректированный о б ъ е м ) , отражающий разный уровень долговечности Ьл0 п о д ш и п н и к о в , изготовленных 20 из стали указанных технологий выплавки ( с м » т а б л о 2 ) . жанием неметаллических включений и уровнем долговечности L Q . подшипников, изготовленных из этого металла. Содержание неметаллических включений определяется различием технологий сталеплавильного производства: плавка 1 - действующая технология ОДП (открытый дуговой переплав); плавки 2, 3 - ОДП с последующим вакуумированием. Качество металла по неметаллическим включениям оценено по ГОСТ 1778-70 методом "п" о Результаты определения содержания неметаллических включений V * по ти* пам (оксиды, оксисульфиды, сульфиды, нитриды) и размерным группам приведены в табл.1-3. По этим данным нельзя установить надежной связи содержания неметаллических включений в стали с долго-вечностью подшипников о По предложенному способу для корректировки содержания неметаллических включений,кар Долговечность определяют по ф о р муле . 25 Lr= -183356CEVJ к\+ку^к[0 + і V' К' +1474,5, ' где 1 L Q 0 - долговечность подшипни1 ік ' о ? ї і V SV зо , V , V] , Vj, - об-ьемное содержание оксидов, оксисульt фидов, сульфидов, нитридов и карбидов і-й раз, мерной.группы; 35 К 0 ,К , К , fC, К1^ - коэффициенты, полученные на основании циіслических испытаний и учитывающие степень развития усталостных микро40 ! • трещин у оксидов, оксисульфидов, сульфидов,нитридов и карбидов соответственно і-й размерной группы. 45 При этом для расчета долговечности подшипниковой стали коэффициенты определяют по формуле I 1 „ К = aD + Ь где a, b - коэффициенты, равные для оксидов: а-0,05, b = 0,13; оксисульфидов: а=0,0], Ь=0,04; сульфидов: а=0,003, Ь=0,0003; нитридов: а=0,0]2, Ь=О,ОЬ; карбидов: а=0,012, Ь=0,06; D - условный диаметр включений. 50 55 + ч (О В основу способа определения долговечности подшипниковой стали по неметаллическим фазам и карбидам с учетом влияния их природы и размера на усталостное разрушение положены следующие представления. Как показ али проведенные исследования, результаты которых соответствуют данным, приведенным в многочисленных научнотехнических публикациях, не все неметаллические фазы в стали, под воздействием внешних циклических напряжений, становятся источниками усталостных микротрещин о Последние образуются в большинстве случаев у наиболее "опасных" включений или Крупных карбидов, и общее содержание именно таких неметаллических фаз и карбидов определяет вероятность образования микротрещин усталости, которые, развиваясь, спиваются в магистральную трещину с последующим разрушением изделия. Поэтому существует прямая связь между усталостными свойствами (долговечностью подшипников, контактной выносливостью образцов, износостойкостью и т.д о ) и общим объемным содержанием тех включений или карбидов, которые, попав в зону упругопластической деформации, дадут микротрещину., 531505 Содержание таких фаз определяется экспериментально по ГОСТ 1778-70 с идентификацией их типов и размеров в сочетании с дополнительной регистрацией количества неметаллических фаз с локально расположенной микротрещиной. Экспериментально получены коэффициенты,учитывающие степень вклада типа и размера неметалличес10 ких фаз в усталостное разрушение и используемые для расчета долговечное ти подшипниковой сталио . Дляtопределения коэффициентов Кр, К , KJ, К\, К^ разработана специаль- 1 5 ная методика, имитирующая условия ре альной эксплуатации подшипника, позволяющая рассчитать их как отношение количества включений, давших мик ротрещину в матрицу, к общему количе - 20 ству включений данного типа и размера. При этом скорректированное зна 6 і чение V фактически представляет объемную долю тех включений, которые дадут чикратрещину. Произведя дальнейшие математические вычисления по формуле (1) , определяют показатель долговечности подшипниковой стали (табл о 4). Для подтверждения полученных расчетных результатов проведены натурные испытания подшипников, изготовленных из металла указанных плавок„ Сопоставительные данные результатов испытаний, а также результатов расчетного определения долговечности по предложенному способу и способу-прототипу получают путем нахождения объемного содержания оксидных (в том числе глобулярных) и сульфидных включений и на основании результатов рассчитывают исискомую долговечность по формуле = 0,861±1,252) + (0,083+0,395) V +(-0,253+0,191 >V + (-0,006+0,285W , ° где V. , V Гд (2) шипниковой стали и получить данные, отражающие реальные эксплуатационные свойства,, Дополнительным преимуІ ществом предложенного способа является возможность оценки влияния природы карбидов, неметаллических включений, и их размеров на циклическую усталость материала. V, - объемный процент о соответственно оксидных, глобулярных и сульфидных включений. П р и м е р 2 О Способ опробован на девяти промышленных плавках стали ШХ15 производства ДМЗ, охватывающих 35 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я разные технологии вакуумной обработки сталио Расчет долговечности Способ определения долговечности производят по примеру 1 о Результаты подшипниковой стали, включающий определения гарантированной долговеч40 оценку объемного содержания неметалности приведены в табл о 5. Как видно лических включений и карбидов методаиз табл о 5, расхождение в определеми количественной металлографии и нии расчетной долговечности L^o подрасчет долговечности, о т л и ч а ю шипниковой стали в сравнении с натурщ и й с я тем, что, с целью повышеными испытаниями не превышает 12,5%. 45 ния точности определения долговечПредложенный способ позволяет по ности подшипниковой стали, дополнисравнению с аналогом исключить длительно корректируют объемное содержательные и дорогостоящие натурные исние неметаллических включений и карпытания материала, по сравнению с бидов и рассчитывают долговечность прототипом существенно повысить точпо формуле ность определения долговечности подЦ о «-183356(2 * +1474,5, 1 где L V к\с + - долговечность подшипников, 7* ф ч . V і , V і , v \ v \ V J - объемное содержа, ниє оксидов, оксисульфыдов, К + У- V 55 K Q 9 K 0D К, +1£V К ) + сульфидов, нитридов и карбидов, і-й размерной группы; К ^ К ' - коэффициенты, полученные на основании цик 7 1531505 лических испытаний и учитывающие степень развития усталостных микротрещин у оксидов, оксисульфидов,суль5 фидов, нитридов и карбидов соответственно і-й размерной группы, причем корректировочные коэффициенту определяют по формуле tft В 1 К = aD + b где a, b - коэффициенты, равные д л Я оксидов: а=0,05, ъ=0,13; оксисульфидов: а-0,01, Ь=0,04: сульфидов: а=0,003, Ь=0,0003; нитридов: а=0,012, Ь=0,06; карбидов: а=0,012, Ь=0,06; _ у с л о в Я ы й диаметр включений. D Т а б л и ц з 1 Содержание неметаллических включений по ГОСТ 1778-70 и после^корректировки Условный номер плавки 1 2 3 1 2 3 Коэффициенты» KL Объемная доля неметаллических включений и карбидов по размерным группам, Кислородные оксиды + Оксисульфидные глобули ІІЇІІЕОІПГІЕІІЕ По ГОСТ 1778-70 (до коррек-^нровкиv ' ) 0,6 0,6 0,04 0,9 1,3 0,7 0,2 0,3 0,7 0,9 1,0 0,05 0,09 0,5 0,5 После корректировки и 'К' 0,585 0,33 0,49 0,1 0,27 0,12 0,45 0,11 0,175 0,27 0,06 0,01 0,0225 0,15 0,225 0,2 0,25 0,3 0,45 10 % 5 4,14 3,1 1,14 0,07 0,04 0,01 0,4 0,05 0,01 0,6 0,1 0,5 0,9 0,7 1,0 1o 1s ,6 2,0 1,3 0,6 1,0 0,73 0,06 0,2 1,895 1,065 0,4075 0,0035 0,002 0,0005 0,022 0,0027 0,00055 0,036 0,006 0,03 0,063 0,049 0,07 0 ,1 0 ,16 0 ,2 0,195 0,09 0,15 0,1825 0,015 о, 009 0,05 06 о. 045 о, — 0,05 0,055 0,06 0,07 0,1 0,15 0,25 0,45 0,55 0,7 0,03 0,2 Т а б л и ц а 0,3 о,1 3, 28 4, 92 \О 0,602 0,3787 0,56I0S 2 О Условный номер плавки Объемная доля неметаллических включений и карбидов по размерным группам, 10 Z Нитридные Сульфидные J_L_ I По ГОСТ 177S-7O (до корректировки V і ) 0,14 0,19 0,4 0,4 1,5 1,7 0,2 3,53 0,1 2,2 4,3 7,1 4,2 4,8 6,7 1,8 31,2 0,03 0,5 1,5 6,Г 7,3 7,3 й,ь 1,3 28,43 После корректировки V'K' 0,00098 0,001710,0048 0,068 0,0405 0,0280,012 0,09479 0,0007 0,0198 0,05160,12070,IJ34_0,J92'0,402 0,00021 0,0045 0,018 0,10370,1971 О,І920,264 Коэффициент, 1 К 0,007 0,009 0,012' 0,017 0,027 0,04 0,06 0,07 0,03 0,01 0,8 0,03 0,01 1,0 0,06 0,1 1,1 0,1 0,3 0,9 0,8 0,2 0,2 0,007 0,096 0,15 0,187 0,198 0,2 0,017 0,162 1,0622 0,003 0,0036 0,009 0,117 0,99651 0,00! 0,0012 0,0015 0,051 0,1 0,12 0,09 0,15 0.Q44 0,17 0,22 0,4 5,07 0,22 0,81 0,152 0,99 0,0326 0,05 0,25 0,1487 0,38 11 12 1531505' а б л и ц а Условный номер плавки Объемная доля неметаллических включений и 3 карбидов по разменным группам, 1 (Г % • 1 mi::: Карбиды 5 1 По ГОСТ 1778-70 (до корректировки V ) Не определяли 68,421 7,8143 _п 75,026 8,0543 _tt 7,94 66.95 1 После корректировки V'K 0 0,68421 0,1641 0 0 0,75026 0,16914 0 0 0 0 0,6695 0,16674 0 0 1 2 3 3 1 2 3 Коэффициент, 1 К' 0 0 0 0;01 76,2353 33;0803 74,89 0,84831 0,92116 • 0,83624 0,021 Т а б л и ц а 4 Результаты расчета долговечности по прототипу, предлагаемому способу и после натурных испытаний стали ШХ15 (исходные данные из табл.1-3). УсловСуммарное содержание неменый номер плавки 1 2 3 таллических включений и карбидов после корректировки, 10"*% 4,4301 3,459 6 2,95 Долговечность L 9 o из стали, ч подшипников с По способу- По предло- Натурные испытания прототипу женному (формула 2) способу (формула 1) 662,22 840,2 933,6 72,6 72,61 72,59 662 849 929 ' Т а б л и ц а 5 Результаты расчета долговечности стали ШХ15 по предложенному способу и данные натурных испытаний Номер плавки Технология обработки металла Долговечность По предложенному способу 1. B2646' Вакуумирование металла, 2. В2347 раскисленного алюминием в 3. В2426 ковше, обработка печным шлаком 4. П2974 Вакуумирование металла, не 5. Л2976 раскисленного в ковше, с 6. П2986 последующей обработкой алюминием в вакуумной камере Lq 0 , ч Натурные испытания 122,5 236 238,9 109 *226 247 475,7 739,5 935 452 768 952 13 53І5О5 — Продолжение табл.5 Номер плавки Технология обработки металла Долговечность Ь По предложенному способу 7. В2427 8. В2372 9. В2376 Вакуумирование металла, не 944 раскисленного в ковше, об- 988,2 работанного во время выпус- 1169,9 ка восстановительным высокоосновным шлаком Редактор Г.Вельская Натурные испытания 936 981 І 250 Составитель А.Орешкина Техред Л.Олийнык Корректор А„Обручар Заказ 2480/ДСП Тираж 372 Подписное ВНИШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101