Структуроскопия витков пружин после высокотемпературной механической обработки на основе измерения скорости рэлеевских волн
Another Title
Structuroscopy of Coils after High-Temperature Mechanical Treatment on the Basis of Measurements of Rayleigh Waves Velocity
Bibliographic entry
Муравьев, В. В. Гущина, Л. В. Структуроскопия витков пружин после высокотемпературной механической обработки на основе измерения скорости рэлеевских волн = Structuroscopy of Coils after High-Temperature Mechanical Treatment on the Basis of Measurements of Rayleigh Waves Velocity / В. В. Муравьев, Л. В. Гущина // Приборы и методы измерений. – 2022. – Т. 13, № 2. – С. 147-154.
Abstract
Для изготовления рессорных пружин подвижного состава (вагонов, локомотивов, автомобилей) применяют прутки из пружинных сталей. При высокотемпературной механической обработке при навивке пружин и их закалке возникает различие в скоростях охлаждения внутренней и наружной сторон витков пружины, что приводит к различию в структурном состоянии и сказывается на долговечности пружин. Цель работы – исследование влияния структурных изменений в наружной и внутренней поверхности витков пружин рессорной стали после операций навивки и высокотемпературной механической обработки на измеряемые характеристики рэлеевских акустических волн. Исследованы скорости распространения рэлеевских волн в рессорно-пружинной стали 60С2А после операций навивки и высокотемпературной механической обработки. Для исследований использованы теневой метод и метод автоциркуляции с пьезоэлектрическими преобразователями ЦТС-19 частотой 5 МГц с конструкцией специального блока. Преобразователи обеспечивают ввод и приём рэлеевской волны по внутренней и наружной образующей поверхности пружины. Показано, что метод сравнения результатов измерения скорости рэлеевских волн на фиксированной базе по образующей витка на внутренней и внешней поверхностях пружины чувствителен к нарушениям в структуре материала и появлениям дефектов. Найдена однозначная связь структурных состояний на внешней и внутренней стороне пружины со скоростью рэлеевской волны. В результате проведённых измерений сделан вывод о значимой чувствительности рэлеевских волн к структурному состоянию исследуемой стали. Обнаружен рост скорости волны на внутренней поверхности витка в зоне контакта с оправкой относительно внешней стороны витка, сигнализирующий о неполной закалке стали в этой зоне в процессе высокотемпературной механической обработки. Относительная разница скоростей в разных образцах пружин составляет приблизительно до 1 % (≈ 30 м/c), что является значительной величиной для оценки качества высокотемпературной механической обработки.
Abstract in another language
For the manufacture of spring springs of rolling stock (wagons, locomotives, cars), bars made of spring steels are used. With high-temperature machining, when winding springs and quenching them, there is a difference in the cooling rates of the inner and outer sides of the spring coils, which leads to a difference in the structural state and affects the durability of the springs. The aim of the work is to study the effect of structural changes in the outer and inner surfaces of spring steel coils after winding and high–temperature machining operations on the measured characteristics of Rayleigh acoustic waves. The propagation velocities of Rayleigh waves in spring-spring steel 60C2A after winding and hightemperature machining operations are investigated. The shadow method and the autocirculation method with piezoelectric converters CTS-19 with a frequency of 5 MHz with a special block design were used for research. The converters provide input and reception of the Rayleigh wave along the inner and outer forming surface of the spring. It is shown that the method of c omparing the results of measuring the velocity of Rayleigh waves on a fixed base by the coil generator on the inner and outer surfaces of the spring is sensitive to disturbances in the structure of the material and the appearance of defects. An unambiguous relationship of the structural states on the outer and inner sides of the spring with the velocity of the Rayleigh wave is found. As a result of the measurements, a conclusion was made about the significant sensitivity of Rayleigh waves to the structural state of the steel under study. An increase in the wave velocity was detected on the inner surface of the coil in the contact zone with the mandrel relative to the outer side of the coil, signaling incomplete hardening of steel in this zone during high-temperature machining. The relative speed difference in different spring samples is approximately up to 1 % (≈ 30 m/s), which is a significant value for assessing the quality of high-temperature machining.
View/
Collections
- Т. 13, № 2[8]