[发明专利]一种钢铁材料中最大非金属夹杂物尺寸的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料中最大非金属夹杂物尺寸的测试方法。

背景技术

随着机械设备的高速化、高效化和轻量化发展，要求材料高强度化。高强度(包括疲劳强度)的高强度钢、表面处理钢和铸铁等材料被大量地用于机械结构中。目前，铁路车轴和轮轨、海洋结构物、桥梁、发动机零部件、机械设备的轴承等，要求承受10⁹～10¹⁰次交变载荷而不破坏。但是，这些高强度的钢铁材料，在冶炼过程中，炉渣、耐火材料及冶炼中反应产物均会进入钢液，而形成非金属的夹杂物。由于非金属夹杂物的存在，高强度的钢铁材料在交变载荷超过10⁷周次作用(即超长寿命疲劳区域，Giga-fatigue)后，仍然会发生自材料内部非金属夹杂物引起的疲劳破坏。研究表明，非金属夹杂物的尺寸对材料的疲劳寿命有显著影响。因此，对于高强度的机械机构，有必要对其材料的内部非金属夹杂物尺寸，特别是最大非金属夹杂物尺寸进行测试，以指导机械结构的设计、制造和维护。

目前，对于钢铁材料非金属夹杂物的测量与评定方法主要有：金相法，无损检查法和电解法。金相法，对所测钢铁材料取样，研磨、抛光后用显微镜观察；得出的非金属夹杂物形貌只是一个截面的信息，信息量太少，难以准确获得夹杂的最大尺寸；且研磨、抛光等制样过程中可能带入新的非金属夹杂物，也可能丢失固有的非金属夹杂物，测量结果的误差大。无损检测法，是通过超声波或X射线照射结构或材料，根据非金属夹杂物的反射或吸收与钢铁基体的反射或吸收不同，而探测出非金属夹杂物；但超声波探测对操作人员经验要求很高，探测结果只是定性显示，无法准确定量获得非金属夹杂物尺寸，而X射线探测对操作人员经验和技术要求也较高，这些都影响探测结果的准确性，且X射线对人体有害。电解法，是在电解液中将钢铁材料基体完全溶解掉，再过滤掉电解液得到不能被溶解的非金属夹杂物。存在的问题是：酸性的电解水溶液会破坏钢铁中的许多非金属夹杂物，从而影响其检测结果的精度和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢铁材料中最大非金属夹杂物尺寸的测试方法，该方法的检测结果更准确、可靠。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种钢铁材料中最大非金属夹杂物尺寸的测试方法，其具体作法是：

a、切取试样坯料：从需要测试钢铁结构中切取试样坯料；

b、热处理：将试样坯料进行淬火和回火处理，使试样坯料的硬度为45-50HRC；

c、制作试样：根据试样坯料的成分，将试样坯料加工制作成形状呈砂漏状的试样；且试样的尺寸使试样的固有频率等于超声疲劳试验机的工作频率；

d、表面强化处理：将c步得到的试样表面进行喷丸处理，使试样表层的硬化层深度达到0.2mm；

e、超声试验：将试样在超声疲劳试验机上进行疲劳试验；

f、夹杂尺寸测量：将超声试验后的试样断口用显微镜观察，测出试样断口上的非金属夹杂物尺寸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过淬火和回火保证材料的硬度在45-50HRC，并通过表面喷丸强化处理，使试样表层的硬化层深度达到0.2mm；从而确保试样进行超声疲劳试验时，从内部最大非金属夹杂物处发生夹杂疲劳破坏；再从试验断口进行显微观察测试，即可准确测出最大非金属夹杂物的尺寸。较之根据经验测出的“最大非金属夹杂物”，或某一随机截面的“最大非金属夹杂物”，本发明确保了试验断口位于最大非金属夹杂物处，测出的最大非金属夹杂物的尺寸准确，测试的速度快。

二、在整个测试过程中，没有引入任何新的杂质，也没有丢失任何固有的非金属夹杂物，也使其测试结果准确、可靠。

三、用超声疲劳试验机进行疲劳试验，试验速度快，也提高了本发明的测试速度。

进一步，本发明的试样的砂漏状形状在砂漏状的凹陷底部呈直线。

较之凹陷底部为一点的砂漏状试样，本发明的凹陷底部呈直线的砂漏状试样，其危险(凹陷底部)体积大幅提高，易于获得更大体积范围的最大尺寸非金属夹杂物。进一步提高了其测试结果的准确性和可靠性。

进一步，本发明的e步的超声疲劳试验机中设置有上部开口、盛有冷却水的冷却水容器，超声疲劳试验时，将试样置于冷却水容器中。

这样，通过水冷方式，可有效防止试样升温发热，以避免试样软化而不从最大尺寸非金属夹杂物处发生夹杂疲劳现象，也进一步提高了其测试结果的准确性和可靠性。

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明