Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Металлографическая экспертиза как обратная связь между качеством и производством продукции

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-54-62

Полный текст:

Аннотация

Несмотря на все большую автоматизацию процесса проектирования и производства металлических изделий, выход последних из строя остается достаточно распространенным явлением. Для выяснения причин подобных инцидентов назначают металлографическую экспертизу, проводить которую на должном уровне могут только специализированные аккредитованные организации. Металлографическая экспертиза – это инструмент, выполняющий роль обратной связи между качеством изделий на выходе и всей цепочкой многочисленных операций на пути их создания. Цель настоящей работы состоит в демонстрации на практическом примере возможности и особой значимости выводов металлографической экспертизы для отработки технологии изготовления изделий. На поверхность оси колесной пары локомотива для повышения ее износостойкости методом высокоскоростного плазменного напыления было нанесено покрытие NiCrBSi. Во время проведения ресурсных стендовых испытаний оси в ней была обнаружена магистральная усталостная трещина, испытания остановлены, а ось искусственно доломана. Проведенный анализ качества металла (химического состава, механических свойств (прочностных, пластических, ударной вязкости), микроструктуры, чистоты металла по неметаллическим включениям и параметров поверхностного слоя, упрочненного накатыванием роликом) показал его полное соответствие нормативной документации. Параметры покрытия NiCrBSi по толщине и твердости также соответствовали заявленным в технологии значениям. Согласно фрактографическому анализу излома зарождение усталостного разрушения происходило по многоочаговому механизму, что является характерным признаком наличия общей объективной причины недостаточной прочности изделия, не связанной с каким-либо случайным фактором. В результате проведенной металлографической экспертизы установлено, что основной причиной разрушения оси колесной пары является недостаточная усталостная прочность покрытия. Зародившиеся в нем многочисленные усталостные микротрещины проросли в основной металл и привели к образованию усталостных макротрещин на разных уровнях, слияние которых привело к формированию обширной многоочаговой поверхности усталостного разрушения.

Об авторах

Дмитрий Львович Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ прогрессивных технологий



Анастасия Анатольевна Караванова
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

кандидат технических наук, заместитель директора НИИ прогрессивных технологий



Алексей Владимирович Климанов
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

магистрант кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика»



Список литературы

1. Buechler T., Schumacher F., Reimann P., Zaeh M.F. Methodology for an automatic and early manufacturing technology selection on a component level // Production Engineering. 2022. Vol. 16. № 1. P. 23–41. DOI: 10.1007/s11740-021-01070-2.

2. Daniyan I., Mpofu K., Ramatsetse B., Zeferino E., Monzambe G., Sekano E. Design and simulation of a flexible manufacturing system for manufacturing operations of railcar subassemblies // Procedia Manufacturing. 2020. Vol. 54. P. 112–117. DOI: 10.1016/j.promfg.2021.07.018.

3. Trzepieciński T., Dell’isola F., Lemu H.G. Multiphysics modeling and numerical simulation in computer-aided manufacturing processes // Metals. 2021. Vol. 11. № 1. Article number 175. DOI: 10.3390/met11010175.

4. Böhme S., Merson D., Vinogradov F. On subsurface initiated failures in marine bevel gears // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 110. Article number 104415. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.104415.

5. Esmaeeli N., Sattari F., Lefsrud L., Macciotta R. Critical Analysis of Train Derailments in Canada through Process Safety Techniques and Insights into Enhanced Safety Management Systems // Transportation Research Record. 2022. Vol. 2676. № 4. P. 603–625. DOI: 10.1177/03611981211062893.

6. Husaini L., Liza R.H., Nurdin A., Muammar S. Failure analysis of a fractured leaf spring as the suspension system applied on the dump truck // Key Engineering Materials. 2021. Vol. 892 KEM. P. 89–98. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.892.89.

7. Boral S., Chakraborty S. Failure analysis of CNC machines due to human errors: An integrated IT2F-MCDM-based FMEA approach // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 130. Article number 105768. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105768.

8. Pan A.-X., Yang Z.-G. Cause analysis and countermeasure on premature failure of a driven gear for the high-speed train // Engineering Failure Analysis. 2022. Vol. 139. Article number 106487. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106487.

9. Jimenez-Martinez M. Manufacturing effects on fatigue strength // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 108. Article number 104339. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2019.104339.

10. McEvily A.J. Metal failures: mechanisms, analysis, prevention. New York: Wiley, 2013. 506 p.

11. Voort G.F. Metallographic Techniques in Failure Analysis // Failure Analysis and Prevention: ASM handbook archive. 2002. Vol. 11. P. 498–515. DOI: 10.31399/asm.hb.v11.a0003532.

12. Somervuori M., Varis T., Oksa M., Suhonen T., Vuoristo P. Comparative Study on the Corrosion Performance of APS-, HVOF-, and HVAF-Sprayed NiCr and NiCrBSi Coatings in NaCl Solutions // Journal of Thermal Spray Technology. 2022. Vol. 31. № 5. P. 1581–1597. DOI: 10.1007/s11666-022-01389-x.

13. Afsous M., Shafyei A., Soltani M., Eskandari A. Characterization and Evaluation of Tribological Properties of NiCrBSi-Gr Composite Coatings Deposited on Stainless Steel 420 by HVOF // Journal of Thermal Spray Technology. 2020. Vol. 29. № 4. P. 773–788. DOI: 10.1007/s11666-020-00998-8.

14. Valíček J., Harničárová M., Řehoř J., Kušnerová M., Fulemová J., Gombár M., Kučerová L., Filipenskỳ J., Hnátík J. Milling of complex surfaces of EN 10060 steel after HVOF sprayed NiCrBSi coatings // Coatings. 2020. Vol. 10. № 8. Article number 744. DOI: 10.3390/COATINGS10080744.

15. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Клевцова Н.А., Лимарь Л.В. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций. М.: МИСиС, 2007. 264 с.

16. Ameen M.S. Fractography: fracture topography as a tool in fracture mechanics and stress analysis. Vol. 92. London: Geological Society Special Publication, 1995. 240 p. DOI: 10.1144/GSL.SP.1995.092.01.01.

17. Лукьянов В.Ф., Ассауленко С.С. Имитационное моделирование многоочагового разрушения с учетом неоднородного распределения номинальных напряжений // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. Т. 15. № 4. С. 31–36. DOI: 10.12737/16071.

18. Bai Y., Xi Y., Gao K., Yang H., Pang X., Yang X., Volinsky A.A. Brittle coating effects on fatigue cracks behavior in Ti alloys // International Journal of Fatigue. 2019. Vol. 125. P. 432–439. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.04.017.


Рецензия

Для цитирования:


Мерсон Д.Л., Караванова А.А., Климанов А.В. Металлографическая экспертиза как обратная связь между качеством и производством продукции. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):54-62. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-54-62

For citation:


Merson D.L., Karavanova A.A., Klimanov A.V. Metallographic examination as the feedback between product quality and manufacturing. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):54-62. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-54-62

Просмотров: 71


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)