CC BY
28
УДК 620.179.17
Г.Г. Крушенко, G.G. Krushenko, e-mail: genry@icm.krasn.ru
Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск, Россия
Institute Computational Modeling SB RAS, Krasnoyarsk, Russia
ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ С ЦЕЛЬЮ ИДЕНТИФИКАЦИИ МАРОК СПЛАВОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
USING THE NON-DESTRUCTIVE CHECK FOR IDENTIFICATION OF ALLOYS SORTS AT INDUSTRIAL CONDITIONS
C целью гарантии изготовления металлоизделий с требуемыми физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, работающих в составе высокоэнергетической силовой установки, с применением неразрушающего контроля - метода термо-ЭДС, вихретокового метода и магнитного метода, разработана комплексная методика идентификации марки сталей и сплавов на входном и пооперационном контроле, а также в сборочных единицах
The complex method of identification the constructional sorts of steels, alloys and also subunits at the entrance and the operational control is worked out to guarantee producing the metal wares working as a part of high-energy power-plant with the nondestructive check - thermo- electromotive force method, the vortex-current and the magnetic methods with the required physics-mechanical and operating characteristics
Ключевые слова: идентификация, марки сплавов, неразрушающий контроль
Key words: identification, sorts of alloys, nondestructive check method
Большой диапазон металлических материалов, применяемых в машиностроении при производстве деталей, работающих в составе ответственных изделий при экстремальных нагрузках, например, в высокоэнергетических силовых агрегатах, а также многообразие технологических маршрутов, формирующих их физико-механические характеристики, требуют проведения 100%-го контроля металлопродукции, из которой производят эти детали, на предмет её соответствия требуемым маркам сплавов, а также пооперационного контроля с целью гарантии изготовления деталей именно из сплавов, заложенных в технической документации.
305
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Надежнее всего можно было бы осуществить идентификацию сплавов с помощью химического анализа, однако, если это возможно на исходной металлопродукции, то контролировать состав готовых изделий не представляется возможным по причине нарушения их целостности. В связи с этим при выпуске продукции ответственного назначения, для идентификации марок сплавов применяются экспресс-методы неразрушающего контроля. В настоящее время насчитываются десятки таких методов, однако предпочтение отдается тем из них, которые выполняются с помощью малогабаритных приборов, в связи с легкостью их перемещения на всех звеньях от исходной металлопродукции вплоть до сборочных единиц.
С целью выбора соответствующих методов неразрушающего контроля, которые могут гарантировать установление марки сплава при производстве изделий ответственного назначения, были проанализированы существующие методы, что позволило остановиться на трех методах неразрушающего контроля: вихретоковом, магнитных методах и методе определения термо-ЭДС. Однако при применении каждого из них в отдельности не во всех случаях представляется возможным точно идентифицировать марку сплава, в связи с чем была поставлена задача разработать комплексную методику, которая при использовании каждого из названных методов позволит последовательно приблизиться к установлению точной марки сплава. В результате была разработана комплексная методика, позволяющая идентифицировать марки, структуры и физико-механические свойства сталей и сплавов с использованием всех трех указанных выше методов, позволяющая идентифицировать марки сталей и спла-
вов, используемые в силовых агрегатах.
Магнитный контроль позволяет лишь грубо рассортировать исследуемые материалы, преимущественно на две большие группы: магнитные и немагнитные. Поэтому он не пригоден как самостоятельный метод и может быть применен только как дополнение к другим, так как с его помощью можно отнести исследуемые материалы к ограниченному числу групп. При объединении спектрального и магнитного контроля можно получить дополнительное разделение на подгруппы, что повысит вероятность точного определения марки материала.
Но этого также недостаточно для уверенной идентификации марки металла, так как объединение магнитного контроля и спектрального анализа дает возможность дополнительно определить лишь 3...4 подгруппы сталей и сплавов. Для идентификации необходимо, чтобы количество групп совпадало с количеством марок металла.
Вихретоковый метод применяется, в основном, для контроля качества электропроводящих материалов. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов, определения физико-механических свойств и структурного состояния и для других целей.
Магнитные методы. К настоящему времени исследованы зависимости магнитных свойств от температур нагрева при закалке Тзак и отпуске Тотп для большого количества сталей различного химического состава и разных классов.
Коэрцитивная сила магнитомягких материалов определяется средней величиной сил, задерживающих необратимое смещение границ между доменами при перемагничивании. Факторами, задерживающими такое смещение, могут являться неферромагнитные включения, напряжения, обусловленные дислокациями и другими причинами, границы фаз, зерен и субзерен и прочие неоднородности и дефекты кристаллического строения.
Метод определения термо-ЭДС. Является одним из основных неразрушающих методов сортировки металлов по маркам. Высокая чувствительность к изменениям химического и фазового состава изделий, простота и высокая скорость измерений обеспечивают наиболее широкое применение этого метода для идентификации сплавов.
В работе, выполненной в производственных условиях, с помощью методов неразру-шающего контроля были проанализированы стали и сплавы с точки зрения их химического состава и структуры, определяющих физико-механические и эксплуатационные характеристики изготовляемых из них металлоизделий.
306
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Удельную электропроводность немагнитных сплавов определяли вихретоковым методом: нержавеющих сталей и никелевых сплавов - с помощью прибора ВЭ-37НЦ, а алюминиевых сплавов и латуни - с помощью прибора ВЭ17-НЦ.
Коэрцитивную силу измеряли на магнитных сталях с помощью структуроскопа МФ-32КЦ, путем намагничивания и размагничивания локального участка металла.
Термо-ЭДС определяли с помощью приборов ТЭП-10К и ПКММ-2 с использованием медных, никелевых кадмиевых и алюминиевых наконечников.
Комбинация магнитного контроля, метода определения термо-ЭДС и коэрцитивной силы позволяет идентифицировать исследованные марки металлов.
Было установлено, что в результате применения измерения термо-ЭДС, электропроводности и тока размагничивания, представляется возможным определить принадлежность марки стали внутри группы 20Х13Шб 40Х13. 30ХН2МФАб 40Х, 38ХАб 95Х18, 03Х11Н10М2Т, 12Х18Н9Т, 60С2А, 1-012Н20Т2-ВД, 08Х18Н10ТМ, 25Х17Н2Б, 07Х16Н6 и 12Х21Н5Т.
Установлено, что сравнение деталей из сталей 12Х18Н10Т-ВД и 10Х12Н20Т2 термооб-работанных по режиму 12Х18Н10Т-ВД методом измерения термо-ЭДС прибором ПКММ-2 дает возможность различить по маркам вышеуказанные стали. Данные по замерам получены на деталях из стали 10Х12Н20Т2, термообработанных на режимах: закалка при Т = 1000 ± 100С, охлаждение водой, старение при 730 ± 100С, выдержка от 15 до 16 часов, охлаждение воздухом. Это позволяет сделать вывод о возможности различать по маркам детали, изготовленные из стали 10Х12Н20Т2 с термообработкой по вышеуказанному режиму, и детали, изготовленные из стали 12Х18Н10Т-ВД.
Определение тока размагничивания и термо-ЭДС для термообработанных сталей. Цель исследования - оценка возможности идентификации структуры термообработанной
стали мартенситного класса. Исследованные стали мартенситного класса были предварительно термообработаны. При этом был произведен перегрев образцов выше температуры аустенитного превращения ТА.
При температуре, превышающей 1200иС, происходит стабилизация аустенита, рост размера зерна и растворение избыточных карбидов Cr. В диапазоне 50 и более мА тока размагничивания возможна идентификация режима термообработки стали 95Х18.
Равнораспределенные значения термо-ЭДС, в индивидуальном применении, не позволяют идентифицировать процесс стабилизации аустенитной фазы для стали 95Х18. Разброс значений в диапазоне от 0,44 до 2,06 мВ. Чувствительность метода определения термо-ЭДС недостаточна для идентификации фазового состава указанного материала.
В работе была установлена взаимосвязь между механическими свойствами, структурой металла и показаниями какого-либо метода неразрушающего контроля, позволяющего интегрально оценивать свойства в локальном объеме металла. С целью получения требуемых свойств, детали, изготовленные из стали 95Х18, термообрабатывали по режиму: нагрев до 1050±200С с последующей закалкой в масле ^ криогенная обработка (от минус 80 до минус 600С) в смеси ацетон или спирт + жидкий азот ^ отпуск. При этом оказалось, что структура, а, следовательно, и связанные с ней механические свойства, в значительной степени определяются температурой отпуска.
Полученные результаты показывают, что с повышением температуры отпуска от 150 до 5500С Не (ток размагничивания) несколько понижается, а в интервале от 550 до 6000С происходит резкое падение Нс,, после чего вплоть до 7200С величина Нс не изменяется. Характер изменения твердости HRC3 совпадает с изменением Нс, что свидетельствует о существовании корреляции данных параметров в изученном температурном интервале отпуска. Снижение твердости является следствием превращения мартенситной структуры стали 95Х18 в перлитно-карбидную, и протекающими в связи с этим релаксациями напряжений. Определение величины временного сопротивления разрушению ов, связанного согласно
307
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
данным, приведенным в ОСТ 92-1311-77, с твердостью, может быть также определенно с помощью измерения Нс.
На основании полученных данных разработана комплексная методика идентификации марки, физико-механических свойств и структуры сталей и сплавов, которая рекомендуется для определения марки сталей аустенитного, ферритного, аустенитно-мартенситного и мартенситного классов при входном контроле, на последующих технологических операциях изготовления из них деталей, а также состава изготовленных из этих сталей деталей, как до, так и установленных в готовых изделиях.
