Лекція №7-8: Фізичні методи дослідження і контролю якості металів

План

1. Термічний аналіз.

2. Дилатометричний аналіз.

3. Магнітна дефектоскопія.

Термічний метод

Термічний метод призначений для визначення критичних точок, тобто тих температур, при яких у сплаві відбуваються будь-які перетворення. Критичні точки визначають термоелектричним пірометром, що складається з двох частин — термопари та гальванометра. Суть методу: не рознімне з'єднання термопари занурюють у розплавлений метал для реєстрації початку або кінця кристалізації або у спеціально просвердлений отвір у зразку, що досліджується, і через певні проміжки часу (звичайно через 15—ЗО с) знімають покази гальванометра. На підставі отриманих результатів будують криві, відкла­даючи на осі абсцис час, а на осі ординат — температуру.

Термічний аналіз найчастіше застосовують при вивченні різноманітних перетворень у металевих і сольових сплавах, а так само для фазової характеристики і осадових гірських порід, руд і сольових відкладень. Термічні процеси завжди супроводжуються більш або менш значною зміною внутрішнього тепломісткості системи. Перетворення тягне за собою поглинання тепла - эндотермическое перетворення або виділення тепла - экзотермическое перетворення. Ці теплові ефекти можуть бути виявлені методами термічного аналізу або диференційно-термічного аналізу (ДТА). Перетворення у багатьох випадках пов'язані зі зміною маси зразка, яке може бути з великою точністю визначено за допомогою термогравіметричний методу.

Існує два види термічного аналізу: кількісним і якісний.

Метою якісного термічного аналізу є ідентифікація досліджуваного зразка, заснована на даних про температури його термічних перетворень.

Кількісний аналіз полягає у визначенні кількісного стану досліджуваного зразка або характеристик досліджуваного зразка і процесу.

Диференційно-термічний аналіз

Вимірювальна частина приладів для термічного аналізу (ТА) за методом диференційно-термічного аналізу (ДТА) складається звичайно з трьох термопар. Однією з них вимірюється температура печі, а рештою двома включеними назустріч один одному термопарами за допомогою високочутливого гальванометра вимірюється різниця температур між піччю і пробій. Остання, поміщається в один з трьох отворів блоку держателя проби і в неї вкладається спай першої термопари. Спаї другої і третьої термопар, що вимірюють температуру печі, оточують інертною речовиною, не зазнає ніяких змін під впливом тепла, майже тотожні умов, в яких знаходиться досліджувана речовина.

Методом диференціального термічного аналізу (ДТА) реєструють у часі зміна різниці температур DT між досліджуваним зразком і еталоном (найчастіше Аl2О3), не зазнає в даному інтервалі температур ніяких перетворень. Мінімуми на кривій ДТА (рис. 2) відповідають ендотермічною процесів, а максимуми - екзотермічним. Ефекти, які реєструються в ДТА, можуть бути обумовлені плавленням, зміною кристалічної структури, руйнуванням кристалічної решітки, випаровуванням, кипінням, сублімація, а також хім. процесами (дисоціація, розкладання, дегідратація, окислення-відновлення та ін). Більшість перетворень супроводжується эндотермич. ефектами; екзотермічни лише деякі процеси окислення-відновлення та структурного перетворення.

Дилатометричний метод

Дилатометричний метод застосову­ють для визначення критичних точок у сплаві. Базується на об'ємних змінах, що відбувають­ся при нагріванні чи охолодженні. Практично спостерігають зміну не об'єму, а довжини нагрітого чи охолодженого зразка.

Предметом дилатометрії є визначення наступних характеристик теплового розширення твердих матеріалів: зміни довжини і коефіцієнтів лінійного розширення; ходу перетворень в процесі нагрівання, охолодження, при ізотермічній витримці, а також критичних температур (при фазових переходах тощо) для цих процесів. Для речовин, що знаходяться в рідкому або газоподібному стані, розглядають тільки об'ємне розширення.

Прилади, що застосовують у дилатометрії називаються дилатометрами.

Фазові перетворення в матеріалі зі зміною температури також пов'язані зі зміною його об'єму. Визначення температурної залежності відносної зміни об'єму зазвичай замінюють вивченням лінійного подовження стрижня в залежності від температури. Зразок при цьому нагрівається або охолоджується з постійною швидкістю (можливі також ізотермічні вимірювання). Фазові перетворення і пов'язані з ними зміни об'єму відбиваються на ході кривоїΔL = f(T). Дилатометричні криві залежностей «подовження — температура» реєструються за допомогою дилатометра. За перегинами на дилатометричній кривій судять про фазові перетворення у матеріалі. Перегини дилатометричної кривої не завжди вказують на перетворення. Зняття внутрішніх напружень також приводить до зміни розмірів зразка.

Магнітна дефектоскопія.

Метод застосовують для виявлення дефектів, які порушують суцільність феромагнітних металів (сталі, чавуни), дрібних поверхневих та внутрішніх тріщин, раковин і т. п., а також для контролю за якістю термічної обробки. Для цього застосовують магнітні порошки (сухий метод) або магнітні суспензії, що осідають на межах дефекту. Для виявлення дефектів існують спеціальні прилади - дефектоскопи.

Застосовується для виявлення порушень суцільності (тріщин, немагнітних включень та інших дефектів) в поверхневих шарах деталей з феромагнітних матеріалів і виявлення феромагнітних включень в деталях з неферомагнітних матеріалів; для контролю товщини немагнітних покриттів на деталях з феромагнітних матеріалів і товщини стінок тонкостінних деталей, а також для контролю якості термич. або хіміко-термич. оброблення металевих сіт. деталей. Для виявлення порушень суцільності матеріалу феромагнітних (гол. чин. сталевих) деталей застосовуються методи, засновані на дослідженні магнітних полів розсіювання навколо цих деталей після їх намагнічування. У місцях порушення суцільності відбувається перерозподіл магнітного потоку і різка зміна характеру магнітного поля розсіювання. Характер магнітного поля розсіювання визначається величиною і формою дефекту, глибиною його залягання, а також його орієнтацією щодо напрямку магнітного потоку. Поверхневі дефекти типу тріщин, орієнтовані перпендикулярно магнітному потоку, викликають появу найбільш різко виражених магнітних полів розсіювання; дефекти, орієнтовані вздовж магнітного потоку, практично не викликають появи нулів розсіювання.
Найбільш широко поширеним методом магнітної дефектоскопії є метод магнітного порошку. При цьому методі намагнічену деталь посипають магнітним порошком (сухий метод) або поливають магнітної суспензією (мокрий метод). Частинки порошку, що потрапили у зони магнітних полів розсіювання, осідають на поверхні деталей поблизу місць розташування дефектів. Ширина смуги, па до-рій відбувається осідання порошку, значно більше ширини «розкриття» дефекту, невидимі до цього дефекти фіксують за осів біля них порошку навіть неозброєним оком. Метод магнітного порошку досить простий і дозволяє визначати місця і контури порушень суцільності матеріалу, розташовані на поверхні деталей, а також на глибині до 2-3 мм під поверхнею. Намагнічування деталей, обробка їх порошком (частіше суспензією), а також подальше розмагнічування виробляються з допомогою магнітних дефектоскопів. Коли в контрольованих деталях можлива різна орієнтування дефектів, необхідно проводити подвійний контроль з поздовжнім і циркулярним намагнічуванням. Більш продуктивним є магнітно-порошковий контроль з використанням комбінованого намагнічування.

Циркулярне намагнічування є основним при магнітної дефектоскопії, поздовжнє ж намагнічування застосовується тільки в тих випадках, коли в контрольованій деталі передбачаються суворо поперечні дефекти або застосування циркулярного намагнічування утруднене або пов'язане з псуванням деталі (напр., через небезпечного перегріву деталі в місцях контактів з електродами дефектоскопа). Чутливість магнітно-порошкового методу істотно залежить від ступеня намагніченості деталі під час обробки магнітної суспензією (або порошком). У більшості випадків для проведення магнітного контролю достатня залишкова намагніченість матеріалу контрольованих деталей після їх намагнічування в тих або інших магнітних полях. Проте при контролі деталей з матеріалів з малою коерцитивною силою (м'яка сталь або сталь у відпаленому стані) залишкова намагніченість може бути недостатньою навіть якщо намагнічування проводилося в магнітних полях, близьких до насичення. У цих випадках обробка деталей суспензією або порошком повинна проводитися під час дії на деталь магнітного поля, потрібного для створення необхідної намагніченості матеріалу. Такий вид контролю, на відміну від контролю на залишкової намагніченості, наз. контролем у прикладеному магнітному полі. Виявлення дефектів залежить також і від їх гео - метрика. параметрів. Краще виявляються дефекти, які мають велику висоту, більше відношення висоти до ширице і знаходяться на меншій глибині. Режими намагнічування вибираються з таким розрахунком, щоб в кожному конкретному випадку добре виявлялися дефекти матеріалу, що представляють небезпеку для роботи деталі та не виявлялися б безпечні для даної деталі дефекти.

О характере дефекта судят по оседанию магнитного порошка. Так, закалочные, ковочные и др. трещины вызывают плотное оседание порошка в виде резких ломаных линий. Флокены выявляются в виде отдельных искривленных черточек, расположенных поодиночке или группами, слой осевшего порошка в этом случае также довольно плотен. Волосовины обнаруживаются по оседанию порошка в виде прямых или слегка изогнутых (по волокну) тонких черточек, интенсивность оседания порошка в этом случае меньшая, чем при трещинах поперечных разрезов этих дефектов.

Для улучшения видимости порошка его окрашивают в контрастные цвета по отношению к цвету контролируемых деталей. Наряду с обычными порошками красно- коричневого и темно-серого цветов, используемых при контроле деталей со светлой поверхностью, применяются порошки светло-серого, желтого или зеленого цветов для контроля деталей с темной поверхностью.

Дата добавления: 2015-06-25