CN109283311A - 定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法，其将圆钢试样加工成三个台阶的圆塔形；各台阶圆柱的尺寸为：（1）第一台阶：加工半径为a、长度为R；（2）第二台阶：加工半径为b、长度为R；（3）第三台阶：加工半径为c、长度为2R；所述a为活塞销圆柱外径半径尺寸，c为活塞销内孔半径尺寸×(90%～100%)，R为圆钢半径，b=1/2(a+c)；加工好的试样表面酸蚀后，观察并检验每个阶梯的整个表面上发纹的数量、长度和分布。本发明以“点‑线‑面”的方式，全面地反映活塞销的外工作面、内部质量、内孔质量。本发明提高了检测效率，降低了检测成本，具有现实的成本意义，为活塞销用钢检验标准的制定奠定了基础。

Description

定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法

技术领域

本发明涉及一种金属检测方法，尤其是一种定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法。

背景技术

活塞销是装在内燃机活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。由于汽车轻量化要求，为了减轻重量，活塞销一般用优质合金结构钢制造，结构一般为一个厚壁空心圆柱。活塞销工作时需承受高温周期性冲击负荷，要求具有足够高的机械强度、耐磨性及疲劳强度，对圆钢亚表层质量及洁净度要求很高。活塞销用钢以中低碳钢为主，圆钢一般不经过热变形加工，机械加工后进行热处理达到使用要求。因此，活塞销用钢主要对三方面质量要求严格：一是亚表层发纹，该区域的发纹将造成活塞销工作面的质量缺陷，造成服役过程中失效；二是宏观夹杂物要求（即钢水洁净度），活塞销为汽车安保件，内燃机寿命期间不允许断裂失效，宏观夹杂物会影响零件的疲劳强度与寿命；三是圆钢中心区域（活塞销内孔区域）质量，该区域的严重偏析将造成活塞销内孔在渗碳热处理过程中体积变化，引起热处理失效。

以往，活塞销用钢的检验没有特殊方法，沿用行业通用的低倍宏观检验标准进行检验。圆钢的宏观低倍检验是用肉眼或借助10倍以下的放大镜对其组织和缺陷进行检查的一种检验方法，对控制金属材料的产品质量有着重要的生产意义。宏观低倍常规检验类型有：疏松、缩孔、偏析、气泡、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、夹杂物、折叠、粗晶、热加工裂缝、分层、流线、脱碳、中心增碳、挤压裂纹等。宏观低倍检验的主要方法包括硫印法、酸浸法、超声法等，GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》、GB/T1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》、GB/T7736-2008《钢的低倍缺陷超声波检验法》等国家标准均规定了详细的检测内容和方法，但是其检测和观测位置主要以横截面为主。但是，受圆钢生产特点的影响其低倍检测的缺点均是沿轧制方向分布，横断面的检测只能检测某一截面，不能真实反映圆钢的内部质量。生产中也有采用纵切的方式进行纵截面检测的方式，该方式较原有横截面有所改进，可以增大检测范围。但是，依然不能全部有效的检测内部质量。国标GB/T15711-1995《钢材塔形发纹酸浸检验方法》规定了利用塔形检测的方法检测，这样就可以实现圆周方向的检测，实现了“点-线-面”的检测，扩大了检验范围。但是国标规定是分三台阶，台阶直径分别是0.9D、0.75D、0.65D（其中D代表圆钢的直径）。但这种检测方法无法对活塞销用钢进行准确、规范的定性检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能全面地检测钢材性能的定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：将圆钢试样加工成三个台阶的圆塔形；各台阶圆柱的尺寸为：（1）第一台阶：加工半径为a、长度为R；（2）第二台阶：加工半径为b、长度为R；（3）第三台阶：加工半径为c、长度为2R；所述a为活塞销圆柱外径半径尺寸，c为活塞销内孔半径尺寸×(90%～100%)，R为圆钢半径，b=1/2(a+c)；加工好的试样表面酸蚀后，观察并检验每个阶梯的整个表面上发纹的数量、长度和分布。

本发明所述活塞销用钢为中碳钢时，c为活塞销内孔半径尺寸；所述活塞销用钢为低碳钢时，c为活塞销内孔半径尺寸×90%。

本发明所述圆钢试样表面的加工粗糙度为Ra≤1.6um。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明以“点-线-面”的方式，全面地反映活塞销的外工作面、内部质量、内孔质量。通过本发明的应用，提高了圆钢与用户的适用性，避免了质量异议发生，在做好技术服务的同时提高了用户对产品的认可度，提高了品牌效应；本发明提高了检测效率，降低了检测成本，具有现实的成本意义，为活塞销用钢检验标准的制定奠定了基础。

本发明根据碳含量的不同，分为低碳钢、中碳钢，结合方坯连铸的凝固特点制定不同的台阶直径，结合活塞销的尺寸进行塔形检验；将圆钢加工成三个台阶，能有效、准确的检测亚表层圆柱外表面发纹、内部宏观夹杂物、内孔工作面宏观偏析三方面内容，具有检测准确、全面等特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中活塞销的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明中圆钢加工成塔形后代结构示意图；

图4是实施例1常规截面检测法的照片；

图5是实施例1常规钢材塔形发纹酸浸检验法的照片；

图6是实施例1本检测方法的的照片；

图7是实施例2中第一台阶的表面照片；

图8是实施例2中第二台阶的表面照片；

图9是实施例2中第三台阶的表面照片；

图10是实施例3中第三台阶的表面照片。

具体实施方式

本定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法为：（1）按轧制批次进行取样，每个批次取300～400mm长试样2个，检验试样加工过程中应采用合理的切削工艺，防止产生过热现象，试样加工表面要光滑，加工后试样表面粗糙度Ra≤1.6um。

（2）是将圆钢试样加工成三个台阶的圆塔形，形成三个平行于钢材轴线的同心圆柱面，所述圆柱面即为检验面；具体过程和加工尺寸如下：以中碳钢为例，如图1活塞销示意图，图2是图1的左视图，图3圆钢加工塔形示意图所示，图中a代表活塞销圆柱外径半径尺寸，c代表活塞销内孔半径尺寸，R代表圆钢半径。总长度为4倍圆钢半径（其中R代表圆钢半径），共加工成三个台阶。所述活塞销用钢为低碳钢时，c代表活塞销内孔半径尺寸×90%。

第一台阶：加工半径为a、长度为R，该圆柱的外表面为活塞销的外工作面，该区域主要检测亚表层圆柱外表面发纹；

第二台阶：加工半径为b、长度为R，该位置是活塞销的主体受力区，该区域主要检测圆钢的内部宏观夹杂物质量，其中b=1/2（a+c）；

第三台阶：加工半径为c、长度为2R，由于偏析线沿圆钢的轧制方向延长，通过延长该区域的长度可以更加清晰的判断偏析情况，该圆柱是活塞销圆柱内孔表面，该区域主要检测内部偏析情况。

（3）其他加工要求：加工粗糙度为Ra≤1.6um，保证良好的粗糙度可以有效保证酸洗检验的质量。其他方面执行GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》、GB/T15711-1995《钢材塔形发纹酸浸检验方法》、GB/T10121-2008《钢材塔形发纹磁粉检验方法》规定即可。

（4）加工好的试样表面酸蚀按GB/T 226的规定钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法，用肉眼或不大于10倍的放大镜进行观察并检验每个阶梯的整个表面上发纹的数量、长度和分布。通过上述三个台阶的检验分别检验了活塞销的外工作面、内部质量、内孔质量，分别检验了发纹、夹杂物、中心偏析三方面内容。

实施例1：本定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法如下所述。

（1）活塞销用40Cr圆钢试样，活塞销规格为外径φ58mm，内径φ27mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ60mm。如图4所示，图中左侧为采用常规横截面检测法，界面中只能看到点状偏析，不能真实反映圆钢内部偏析情况。如图4所示，图中右侧为采用常规纵截面检测法，界面中只能看到沿中心纵截面线状偏析，较横截面有较大改进，但仍不能全面反映圆钢内部偏析。

（2）图5所示，同一批次的活塞销用40Cr圆钢试样按照GB/T15711-1995《钢材塔形发纹酸浸检验方法》检验情况，按着0.90D、0.75D、0.65D加工三个台阶直径为54mm、45mm、39mm，通过圆周检验方法较横截面法和纵截面法都有较大改进，可以观测到更多面积。但是，均看不到偏析线和发纹情况。

（3）图6所示，同一批次的活塞销用40Cr圆钢试样按照本方法检验的情况，40Cr为中碳钢，加工尺寸为：第一台阶加工半径为a=29mm、长度为R=30mm；第二台阶加工半径为b=21.25mm、长度为R=30mm；第三台阶加工半径为c=13.5mm、长度为2R=60mm。通过改变台阶的直径情况，正有针对的检测发纹、夹杂和中心区域的偏析情况。检验的方法较横截面法和纵截面法都有较大的改进，可以观测到更多的面积。在第三个台阶上可以明显看到纵向的偏析线，每条偏析线长约9mm～18mm，可以为制定后期的活塞销用钢检验标准奠定检验基础。

实施例2：本定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法如下所述。

供某活塞销厂活塞销用20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ50mm，内径φ23mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ52mm。20Cr为低碳钢，依据本检验方法，加工尺寸：第一台阶加工半径为a=25mm、长度为R=26mm；第二台阶加工半径为b=17.70mm、长度为R=26mm；第三台阶加工半径为c=10.35mm、长度为2R=52mm。分别检测活塞销的外圆、中圆、内圆。如图7、图8、图9所示，第一、二台阶未发现发纹及黑线，第三台阶（内圆区域）发现短簇状黑线，每条黑线长约8mm～20mm，因此，活塞销内孔工作面存在较严重的宏观偏析，不能满足用户要求。

实施例3：本定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法如下所述。

活塞销用20CrH圆钢试样，活塞销规格为外径φ48mm，内径φ24mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ50mm。通过工艺优化，适当的连铸机二冷配水，稳定过程控制，减轻中心偏析，提高钢材质量。20CrH为低碳钢，依据本检验方法，加工尺寸：第一台阶加工半径为a=24mm、长度为R=25mm；第二台阶加工半径为b=18mm、长度为R=25mm；第三台阶加工半径为c=12mm、长度为2R=50mm。酸洗检测各台阶情况。如图10所示。第一、二台阶未发现发纹及偏析线，第三台阶偏析线变短且稀疏，偏析线长约3mm～6mm，较好的达到用户需求。

统计案例：随机抽取100批次活塞销用钢，分别用常规方法和本方法进行定性检测，常规方法采用GB/T15711-1995《钢材塔形发纹酸浸检验方法》。经统计，采用常规方法时，有96批次未发现发纹及偏析线；而采用本方法时，有82批次未发现发纹及偏析线。可见，本方法更有效、准确、全面的检测了活塞销用圆钢的外表面发纹、内部宏观夹杂物、内孔工作面宏观偏析等情况。

Claims (3)

1.一种定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法，其特征在于：将圆钢试样加工成三个台阶的圆塔形；各台阶圆柱的尺寸为：（1）第一台阶：加工半径为a、长度为R；（2）第二台阶：加工半径为b、长度为R；（3）第三台阶：加工半径为c、长度为2R；所述a为活塞销圆柱外径半径尺寸，c为活塞销内孔半径尺寸×(90%～100%)，R为圆钢半径，b=1/2(a+c)；加工好的试样表面酸蚀后，观察并检验每个阶梯的整个表面上发纹的数量、长度和分布。

2.根据权利要求1所述的定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法，其特征在于：所述活塞销用钢为中碳钢时，c为活塞销内孔半径尺寸；所述活塞销用钢为低碳钢时，c为活塞销内孔半径尺寸×90%。

3.根据权利要求1或2所述的定性检测活塞销用钢发纹和偏析的方法，其特征在于：所述圆钢试样表面的加工粗糙度为Ra≤1.6um。