CC BY
8
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
УДК 621.6.09:534.01
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
С. А. Плотников, Е. В. Раменская
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: lena@kraslan.ru
Рассмотрен новый метод рентгенофлуоресцентного анализа сталей и сплавов при установлении адекватности их по содержанию полного спектра атомов формирующих марку стали. Исследования выполнены впервые с использованием переносного анализатора с целью отработки методики измерений и минимизации погрешностей. Разработана математическая модель изменения химического состава стали от марки химического элемента.
Ключевые слова: металл, измерение, погрешность, модель.
PHYSICO-CHEMICAL CERTIFICATION OF STEELS AND ALLOYS S. A. Plotnikov, E. V. Ramensky
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: lena@kraslan.ru
A new method of x-ray fluorescence analysis of steels and alloys is considered when determining their adequacy in terms of the content of the total spectrum of atoms forming the steel grade. The studies were performed for the first time using a portable analyzer in order to develop a measurement technique and minimize errors. A mathematical model of the change in the chemical composition of steel from the chemical element.
Keywords: metal, measurement, error, model.
Заметное повышение качества выпускаемой продукции отмечается по всем отраслям материального производства, среди которых лидирующую роль занимает производство новой техники с улучшенными показателями конкурентоспособности по критерию прецизионности. В измерительной технике увеличилась чувствительность для регистрации изменений малых скачков нагрузки, которые исследуются при различных видах испытаний.
Металлы и сплавы представляют собой агрегаты мелких кристаллических зерен, свободно ориентированных и соединенных химическими связями в единое тело. При этом, по данным акад. Н. Н. Давиденкова - основателя теории чувствительности и точности машин, абсолютная и относительная погрешности чувствительности и адекватности растут, где больше нагрузка, следовательно, и сила трения. В таких кинематических парах трения наблюдается рост погрешности порядка 24-33 % [1; 2].
Руководствуясь постановлением правительства РФ № 328 от 15.04.2014 г. на предприятиях продолжаются фундаментальные и прикладные исследования в области производства изделий РКТ. Причем, задача увеличения качества продукции стала решаться, теперь на этапе входного контроля материальных средств. Причиной таких работ является рост закупки, так называемого «вторичного хлама» с большим содержанием некондиционных продуктов. Поэтому работы, связанные с обследованием качественных свойств продукции, занимают первостепенное значение.
Трудность решения аналитических задач аттестации сталей по химическому составу с количественным определением химического состава обусловлено большим ассортиментом и
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
диапазоном содержания в них атомов различных элементов [3]. Одним из перспективных методов обеспечения выполнения многокомпонентных исследований атомарного состава сталей является рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) [4]. Этот метод, составляющий одно из направлений развития люминесценции, характеризирующей общее излучение и представляющий избыток над тепловым излучением тела, который продолжается в течение времени, превышающего период световых колебаний в ультрафиолетовых и инфракрасных диапазонах с длиной волны менее 820 нм. РФА позволяет: изучать химические и латентные связи атомов и форм нахождения элементов по эмиссионным рентгеновским спектрам, наблюдать вариацию зерновых наноструктур рентгеновским методом, наблюдать синхронное излучение различных объектов. Прогрессивным прецизионным устройством измерения считается портативный анализатор металлов и сплавов модели Х-МЕТ 8000 Oxford Instruments. В экспериментах выбирались стандартные образцы-пробы и образцы аналоги с известным химическим составом сплавов [5]. По результатам проведенных экспериментальных инструментальных измерений можно отметить, что наблюдалась хорошая повторяемость и воспроизводимость, высокая скорость анализа с минимальным временем подготовки проб; операции, выполнены без повреждения объекта исследования. Возникавшие нестационарные вариации численных значений при анализе легких элементов устранялись по теории робастности.
Математическая модель изменения химического состава хромоникелевой стали в форме экспоненты имеет вид
Ме = 106,5 е-1Д17т,
где m - марка химического элемента.
Функции по РФА изменяются с увеличением доли марганца, кремния и никеля до 1,1 раза, при незначительном уменьшении доли хрома до 0,2-0,3 %, доли титана и алюминия до 13 % при коэффициенте изменчивости физико-химических свойств исследуемого металла 1,117.
Результаты работы подтвердили гипотезу о достоверности анализа и измерений. Учитывая полученные результаты исследования, необходимо продолжить измерения для других марок сталей и сплавов с аппаратной оценкой систематической и случайной составляющих погрешности измерений.
Библиографические ссылки
1. Давиденков Н. Н. Избранные труды : в 2-х т. Т. 2. Механические свойства материалов и методы измерения деформаций. Киев : Наук. думка, 1981. 656 с.
2. Золотов Ю. А. Миниатюризация химического анализа // Аналитическая химия. 2014. Т. 69. № 1. С. 3-5.
3. Rios F., Excarpa A., Simonet B. Miniaturization of analytical systems // Principles, designs and applications. New York : Wiley, 2009. 384 p.
4. Золотов Ю. А. О развитии рентгенофлуоресцентного анализа в России // Аналитическая химия. 2015. Т. 70. № 1. 5 с.
5. Раменская Е. В., Филиппов Ю. А. Механизм генерирования и распространения вибрации в технологических машинах // Вестник СибГАУ. 2012. № 1 (41). С. 132-138.
© Плотников С. А, Раменская Е. В., 2017
