Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 6 » Дефектоскопия металлов
15:16
Дефектоскопия металлов

Исследование структуры и качества металлических изделий различными методами имеет огромное практическое значение, как для ОТК промышленного производства, так и для научных изысканий в области совершенствования имеющихся технологий.

Таким образом, задачи исследования структуры и свойств металлов и сплавов сводятся к решению трех основных задач: выбраковка готовых изделий вследствие обнаружения в них дефектов, установление типа и глубины предварительной обработки (термического, механического, термохимического и пр.) изделия и установление особенностей изменения структуры, свойств и строения материала на данном этапе обработки.

Для решения этих задач применяется широкий спектр методов. Классическим и наиболее доступным методом является оптическая макроскопия, иначе, осмотр шлифа изделия при небольшом увеличении (2-10 раз). Данный метод подразумевает подготовку макрошлифа по стандартной методике (обрезка, шлифовка, полировка, травление), и осмотр.

Этот метод позволяет выявить достаточно большие локальные или структурные дефекты, неравномерное распределение отдельных примесей (т.н. ликвации) и расположение волокна металла при протяжке, прокате, ковке и др. видах механической обработки.

Для определения химической неоднородности материала применяется следующий метод. Плотную бумагу с однородной поверхностью, предварительно пропитанную раствором бромида серебра и смоченную 5% раствором серной кислоты, просушивают и плотно прижимают к отполированной поверхности материала. Места, богатые серой и некоторыми другими неметаллическими примесями, дадут на бумаге более темный отпечаток. Этому методу уже более полувека, недавно его усовершенствовали, путем замены прижатия бумаги на обработку поверхности смесью бромоводородной кислоты и бромида серебра, с последующей ультрафиолетовой или оптической микроскопией.

Так как, неметаллические примеси скапливаются в межзерновых прослойках структуры металла, то, по микроснимку можно оценить их содержание и дислокацию в металле.

Так мы постепенно перешли к следующему методу исследования металлов и сплавов – микроскопический метод исследований. Микроанализ основан на изучении снимков поверхности микрошлифов, с применением увеличения до нескольких тысяч раз (видимая область спектра), а при использовании электронных микроскопов, до 100 тысяч раз. Данный метод позволяет выявить особенности структуры материала и обнаружить микродефекты, образующиеся в результате обработки. По результатам изучения микроструктуры можно даже определить причины неудовлетворительности тех или иных физико-механических свойств, не производя их отдельного исследования.

Для оптической и электронной микроскопии используют микрошлифы, изготовленные по стандартным методикам. В отличие от макрошлифов, они подвергаются тонкой полировке и травлению. Стали и чугуны протравливают 4% раствором азотной кислоты в этаноле (допускается примесь нитрата этанола), а алюминиевые сплавы – 0,5% раствором ортофосфорной кислоты в воде.

Так как, различные фазы стали, как и примеси, растворяются в протравке по разному, то можно выявить не только характер структуры, но и примерный состав фаз структурного зерна и прослоек между ними.

Более глубокое изучение структуры металлов и особенно сплавов, можно получить при применении рентгеноструктурного метода исследования. Этот метод основан на отражении и преломлении высокочастотных поперечных волн (длина 0,005-2 ангстрема) на атомах, при прохождении волн через материал. Отраженные и преломленные волны в результате интерференции и дифракции совместно с остальными волнами, дают характерные области более сильного или слабого облучения. Светочувствительные элементы прибора (ранее, для этого использовали фотопластинки) переводят световую картинку в набор электрических сигналов. Которые, после обработки ЭВМ, превращаются в рисунок структуры вещества на мониторе. Отдельно указываются длины и углы связей между атомами.

Этот ценнейший метод широко применяется для решения различных задач, так как, позволяет исследовать любое кристаллическое вещество. В аморфном веществе отсутствует дальний порядок, поэтому нет, ни характерного преломления лучей, ни соответствующей световой картины.

Другой метод использования рентгеновских лучей для исследования свойств металлов и сплавов (как и других материалов) называется рентгеновский метод просвечивания. При использовании этого метода, как и в предыдущем, производят пропускание высокочастотного излучения через материал (можно через готовое изделие) и измеряют интенсивность излучения на выходе. Сквозь внутренние полости и другие дефекты, гамма-лучи проходят намного легче, чем через не поврежденный материал. При этом, широко используется матрица светочувствительных элементов, превращающая пучок волн в картинку на мониторе. Это дает широкие возможности "заглянуть” внутрь изделия.

К явным недостаткам этого метода относятся: необходимость серьезной защиты персонала и окружающей среды от высокочастотной γ-радиации, ограниченность глубины исследования (сталь до 100 мм, алюминий до 500 мм, медь до 60 мм, свинец до 20 мм).

Несмотря на эти недостатки, гамма-дефектоскопы широко применяются при ТК ответственных металлических изделий.

Обратная картинка наблюдается при ультразвуковой дефектоскопии. При этом вместо поперечных волн, через изделие пропускают продольные волны. Сквозь трещинки, полости, пустоты и пр. они проходят намного сложнее, чем через сплошной материал. Этот метод применяется даже чаще гамма-дефектоскопов, но, он менее точен (не дает четкой картинки, из-за сильного рассеивания волновых колебаний в металле) и имеет ограниченное применение для исследования хрупких материалов.

Еще один метод, основанный на использовании радиоактивности – метод радиоактивных изотопов (или ”метод меченых атомов”). Он основан на введение в исследуемую систему небольшого количества радиоактивного изотопа того элемента, поведение которого хотелось бы узнать в данном процессе. Изотопы данного элемента ведут себя почти идентично основной массе атомов данного вида в этом материале, но оставляют радиоактивный след, позволяющий выяснить их точное положение. При проведении процесса, и/или после его окончания, производят исследование материала (изделия) оптическими датчиками, настроенными на то излучение, которое издает использованный изотоп. По картинке, нарисованной ЭВМ на экране, а также, числовым характеристикам излучения по различным параметрам (энергия, локация, угол преломления и др.) судят о процессе. Метод меченых атомов находит еще более широкое применение в органической химии.

Другой оригинальный оптический метод дефектоскопии материала основан на поглотительной способности поверхности внутренних дефектов, связанных с поверхностью. Это магнитно-люминисцентный метод исследования. Для его реализации, поверхность изделия обрабатывают (погружают, смачивают, посыпают и др.) избирательно распределяющимся веществом. Которое, за счет избирательной сорбционной способности(ПАВ, минеральные масла, растворы солей и пр.) или магнитных свойств (магнитные порошки) дефектов, концентрируются на них. Остается только удалить с поверхности (стряхнуть, сдуть, смыть) излишки вещества и произвести снимок поверхности в УФ или другом облучении. Места дефектов будут, как маркером обведены нашим тонером.

Очень интересным методом исследования металлов и сплавов при их термической и механической обработке, является термический анализ. При проведении этого метода, производят замеры температуры изделия (обычно ИК-пирометром), при его нагревании, охлаждении и других видах воздействия, приводящих к изменению внутренней энергии материала изделия. По графической зависимости изменения температуры материала изделия во времени, определяют не только теплоемкость материала при данных условиях, но и наличие критических точек, фазовых переходов и других процессов, сопровождающихся положительным или отрицательным тепловым эффектом.

Очень широкое применение в промышленности нашли дешевые и достаточно точные электромагнитные методы дефектоскопии. При классическом исполнении, разработанном еще в 1934 г. Н.С. Акуловым, обнаруживают концентрации магнитных полей на поверхности и гранях структурных дефектов металла. В современном исполнении, легкая, подвижная стрелка с магнитным контуром заменена на систему катушек индуктивности, передающих импульсы на микропроцессор прибора.

Другой, не мене перспективный метод определения структурных особенностей материала по длине или объему, и выявления внутренних дефектов, заключается в электроиндуктивном методе. Индукция, значит наведение, то есть, возбуждение в материале вихревых токов. Для этого, по длине изделия перемещают катушку возбуждения (на нее подается переменный ток), а рядом (или следом за ней) двигают на постоянном расстоянии сенсорную катушку (приемник). Изделие играет, в некоторой степени, роль сердечника трансформатора. При изменении условий передачи энергии между катушками (вследствие, наличия дефектов, изменения сечения, формы, или магнитных свойств), срабатывает сигнальное устройство.

Современные, микропроцессорные приборы контроля изделий позволяют настроить чувствительность, и даже задать искомый характер причин нарушения однородности изделия. Как правило, данный метод применяется для обследования длинномерных изделий постоянного сечения (пруток, проволока, катанка, лента и др.)

Кроме вышеприведенных методов, металлы и сплавы исследуются классическими способами. Измеряются: плотность, теплопроводность, электропроводность, жесткость, твердость и др. свойства.

Категория: Металлургия | Просмотров: 2921 | Добавил: Chemadm | Теги: изучение сталей, Металлургия, свойства сталей | Рейтинг: 4.6/22
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]