Разработка метода идентификации бейнитой составляющей в чугуне

Анализ предметной области
В мировой практике аустенитно-бейнитный чугун (АБЧ) широко используется в автомобильной и других отраслях машиностроения для изготовления зубчатых передач, тяжелонагруженных зубчатых колес, держателей пружин для грузовых автомобилей, железнодорожных сцепок, других деталей ответственного назначения, успешно заменив углеродистые и низколегированные стали.
Рисунок 1. Динамика производства изотермически закаленного высокопрочного чугуна в мире
На сегодняшний отсутствуют нормативные документы, в которых были бы прописаны четкие требования по пробоподготовке перед проведением микроскопического исследования бейнитной структуры. Даже при максимальном использовании возможностей оптического микроскопа трудно обеспечивать достоверную идентификацию этой промежуточной структурной состав­ля­ющей в чугуне. В связи с этим актуальной является необходимость создания методики, позволяющей объективно распознать бейнит в структуре чугуна.
Проблемная ситуация

Анализ существующих методов и методик контроля бейнита
Анализ предметной области

Бейнит
Мартенсит
Рисунок 2. Исследование микроструктуру Fe-C сплава для идентификиции бейнита и мартенсита с применением электронного микроскопа
Микроструктура Fe-C сплава для идентификиции бейнита, полученная с применением атомно-силовой микроскопии
Анализ предметной области
Анализ предметной области

Цель и задачи работы
Разработать методику приготовления микрошлифа, обеспечивающую четкую идентификацию бейнитной составляющей в металлической матрице на примере чугуна с шаровидным графитом
Задачи
Провести анализ существующих методов и методик контроля бейнита в железоуглеродистых сплавах.
Изготовление микрошлифа экспериментального образца высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Определение микротвёрдости экспериментального образца
Выбор режима теплового травления для идентификации бейнита в микроструктуре экспериментального образца.
Металлографический анализ экспериментального образца.
Разработка методики приготовления микрошлифа, обеспечивающую четкую идентификацию бейнитной составляющей в металлической матрице.
Цель
Цели и задачи

Используемое оборудование
Б)
Г)
В)
Д)
А)
Рисунок 4. Оборудование, используемое в процессе проведения исследования: а) отрезной станок METKON METACUT 351;
б) шлифовально–полировальный станок BUEHLER MetaServ; в) оптический микроскоп Neophot 32; г) муфельная печь
МИМП-3П; д) анализатор изображений SIAMS 800
Оборудование

Экспериментальная часть
Алгоритм получения травленых микрошлифов
Экспериментальная часть

Микроструктура высокопрочного чугуна (х100), площадь анализа - 10,2 кв. мм
а) до травления; б)после травления №1; в) после травления №2
а)
б)
в)
Экспериментальная часть
Металлографический анализ проводили с помощью оптического микроскопа Neophot-32 и автоматического компьютерного металлографического анализатора изображений SIAMS 800. Благодаря наличию метки удалось отснять один и тот же участок микрошлифа до травления, после травления методом №1 и №2 соответственно. Визуальное отличие образца после стандартного и теплового травления состоит в том, что после второго метода травления шлиф приобрел сине-фиолетовый оттенок
Экспериментальная часть

Применение в автоматическом режиме стандартной методики «Многофазный анализ» программы SIAMS 800 показало, что существуют неточности при идентификации некоторых фрагментов структур. Так, например, анализ изображения образца после травления способом № 1 показал, что сравнительно большое количество бейнита программа автоматически распознаёт как мартенсит, некоторые затемненные участки игольчатой структуры металлической основы программа идентифицирует как графит.
Экспериментальная часть
Графит
Результаты анализа цифровых изображений микроструктур после травления методом №1 в автоматическом режиме: а) без фильтров; б) с фильтрами
Графит
Темный участок
Экспериментальная часть

В то же время для изображения полученного травлением по способу № 2 таких искажений значительно меньше. При анализе цифровых изображений образца после травления способом № 2 практически все графитовые включения учитываются программой как остаточный аустенит.
Экспериментальная часть
Остаточный аустенит
Графит
Экспериментальная часть

Результаты исследования
Подтверждена гипотеза об отсутствии методик производственного контроля микроструктуры АБЧ, в частности количественного контроля бейнитной составляющей в матрице этого чугуна
Основной производственный метод контроля микроструктуры чугуна (ГОСТ 3443-87) не позволяет идентифицировать бейнит в микроструктуре матрицы чугуна. Основной причиной этого является затрудненная идентификация бейнита и мартенсита с использованием традиционных методов приготовления микрошлифов.
Согласно ГОСТ 3443-87 подобран исходный реактив для проведения теплового травления
Исходя из литературных источников подобран режим теплового травления (время выдержки – 5,5 часов при температуре 260 0С.
Исследования подтвердили, что благодаря тепловому травлению возможно добиться более четкой идентификации бейнита в чугуне. Тем самым я убедился, что двигаюсь в верном направлении.
Результаты исследования

К перспективам развития проекта можно отнести:
Анализ влияния иных реактивов на результаты теплового травления
Расширение диапазона времени выдержки и температур для подбора болеее эффективного режима теплового травления.
Составление перечня рекомендаций для разработчиков автоматических анализаторов изображений.
Апробация работы в реальных производственных условиях, например в специализированных лабораториях ПАО КАМАЗ.
Выводы и перспективы проекта
Выводы и перспективы проекта