Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

Всвязи с тем, что во время изготовления деталей не исклю­ чена возможность случайного изготовления их из другой мар­ ки стали или сплава, то обеспечение контроля химического со­ става материала деталей во время их изготовления является актуальной проблемой.

Внастоящее время все большее применение в машино- и приборостроении находят сверхчистые металлы, .качество кото­

рых (отсутствие примесей, например, кислорода, фосфора и др.) в конечном счете определяет эксплуатационную надеж­ ность изделий. Так, для электровакуумных приборов, в кото­ рых используется бескислородная медь, важен контроль уров­ ня содержания кислорода в меди.

Химический метод анализа требует разрушения детали. Не­ разрушающие методы контроля позволяют устанавливать хи­ мический состав металлов и сплавов с повреждением неболь­ шого участка поверхности или же определять марку сплава вообще без повреждения изделия. К таким методам относятся спектральный, количественный и полуколичественный методы,, термоэлектрический, электромагнитный, метод электросопро­ тивления, трибоэлектрический метод и др.

Существуют также и другие методы; например, для сорти­ ровки ферромагнитных материалов используются магнитные методы; весовой метод сортировки применяется для сплавов,, резко различающихся по удельному весу.

Однако следует отметить, что магнитные методы разделения ферромагнитных материалов по маркам обладают высокой чувствительностью к структурным и фазовым изменениям в сплавах. В связи с этим магнитный метод можно применять к материалам, находящимся в равновесном (нормализованном, отожженном) состоянии.

Феррозондовый метод, широко применяющийся для обна­ ружения дефектов типа нарушений сплошности, может быть, использован и для разделения по маркам сталей,, находящихся в закаленном состоянии, т. е. различающихся по твердости. Процесс контроля с помощью феррозондовых приборов может быть автоматизирован. Так, феррозондовый автомат УФСТ-61 позволяет отделять детали из углеродистых сталей от легиро­ ванных и сортировать стали марок 18ХНВА, 40ХНМА и др.

Многообразие применяющихся в машиностроении метал­ лов, а также различные размеры и форма подлежащих контро­ лю изделий не позволяют иметь какой-то один универсальный метод их разделения по маркам. В каждом конкретном случае выбор метода основывается на знании его физической сущно­ сти и технических возможностей с учетом экономической це­ лесообразности его введения.

§63. Спектральный метод

Кметодам сортировки металлов по маркам с частичным нарушением поверхности относятся: определение сорта стали по искре и спектральный метод с применением стилоскопа. Оп­

ределение сорта стали по искре (м е т о д и с к р ы или искро­ вая проба) является самым старым и наиболее простым спосо­ бом сортировки сталей. Испытуемые образец или изделие под­ водят к вращающемуся наждачному диску, и по форме и цвету отделяющихся искр судят о марке стали. Наличие эталонов применяемых на производстве марок сталей облегчает кон­ троль. Сравнивая форму и цвет искры от эталона и испытуе­ мого изделия, устанавливают их идентичность.

Метод искры является весьма приближенным и субъектив­ ным методом испытания и в настоящее время не находит ши­ рокого применения.

С п е к т р а л ь н ы й п о л у к о л и ч е с т в е н н ы й м е т о д с п о м о щ ь ю с т и л о с к о п а (стилоскопический) широко используется для сортировки по маркам легированных сталей

ицветных сплавов. Он основан на изучении спектров металлов

исплавов.

Для получения спектра вещества необходимо возбудить его атомы, так как возбужденные атомы излучают световую энер­ гию. С этой целью некоторое количество вещества с помощью электрической дуги или высоковольтной искры переводят в па­ рообразное состояние. Пары исследуемого вещества излучают свет, который в специальных приборах (спектрографах, спек­ троскопах, стилоскопах) разлагается в спектр.

Любое вещество, если его можно превратить в раскаленный газ, дает спектр лучей, свойственный только этому веществу. Следовательно, каждому элементу характерен вполне опреде­ ленный, присущий только ему, спектр испускания.

Спектры сложных веществ, в частности сплавов, состоят из спектров элементов, входящих в их состав.

Таким образом, по наличию в спектре сложных веществ, линий спектра, характерных для того или иного элемента, можно судить о качественном составе вещества. Такой анализ называется качественным спектральным анализом.

Интенсивность (яркость) спектральных линий элементов за ­ висит от их содержания в веществе — чем больше содержится в веществе данного элемента, тем ярче (интенсивнее) прису­ щие ему спектральные линии. Следовательно, интенсивность спектральных линий может характеризовать количественное содержание элементов в веществе.

Сравнение интенсивностей спектральных линий элементов, входящих в состав сплава, с интенсивностью спектральных ли­

372

ний основы сплава позволяет определить количество входящих

всостав сплава элементов, т. е. его процентный состав и назы­ вается количественным спектральным анализом.

•Оценка яркости спектральных линий производится с по­ мощью специальных приборов —■ микрофотометров.

При визуальной оценке яркости спектральных линий точ­ ность анализа снижается, такой спектральный анализ назы­ вается полуколичественным.

Полуколичественный спектральный анализ широко приме­ няется для сортировки металлов по маркам и проводится с по­ мощью стилоскопов. Опытный оператор с помощью стилоскопа

втечение нескольких десятков секунд устанавливает не только марку, но и приблизительное содержание основных легирую­ щих элементов, входящих в состав сплава (за исключением углерода).

При спектральном анализе поверхность изделия повреж­ дается незначительно. Необходимо иметь в виду, что при мас­ совых анализах с помощью стилоскопа оператору необходимо

давать отдых через каждые 900— 1000 анализов.

§ 64. Термоэлектрический метод

Термоэлектрический метод сортировки металлических из­ делий по маркам основан на явлении термоэлектричества. Термоэлектричеством называется группа явлений, обусловлен­ ных связью между тепловыми и электрическими процессами. Известно три эффекта, обусловенных явлением термоэлектри­ чества: эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона. Эффекты Пельтье и Томсона пока не применяются для решения произ­ водственных задач и далее не будут рассматриваться.

Эффект Зеебека состоит в возникновении э. д. с., а следова­ тельно, и тока в цепи, состоящей из разнородных металлов, места соединений которых имеют разную температуру. Полу­ свободные электроны в металлах (электроны проводимости) обладают энергией, величина которой различна у разных ме­ таллов. При соединении разнородных металлов часть электро­ нов из металла, в котором их энергия больше, перемещается в металл с меньшей энергией электронов. Нагрев места кон­ такта разнородных металлов увеличивает эффект перемещения электронов и позволяет получить ток достаточно большой ве­ личины.

Если составить замкнутую цепь из двух различных метал­ лов и поддерживать температуру одного спая выше (горячий спай) температуры другого спая (холодный спай), то в цепи появится электрический ток.

373

Величина термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) зависит от природы материалов проводников и разности температур го­ рячего и холодного спаев. Термоэлектрический метод дефекто­ скопии основан на измерении величины ТЭД(Д Термоэлектри­ ческий метод применяется для сортировки металлов по мар­ кам, определения толщины гальванических покрытий, цементи­ рованного слоя, глубины обезуглероживания, а также для оп­ ределения содержания некоторых элементов в сплавах. Кроме

того, термоэлектрический эффект широко применяется для измерения температур. Принципиальная схема приборов для термоэлектрических методов в дефектоскопии состоит из горячего и холодного электродов- (щупов) и включенного между ними гальванометра (рис. 119).

Заданная температура горячегоэлектрода поддерживается с по­ мощью специального электронагре­ вателя. При прикосновении холод­ ным и горячим электродами к испы­ туемому изделию в цепи возникает

ток, сила которого определяется ТЭДС, зависящей от хими­ ческого состава материала испытуемого изделия.

До того, как применять термоэлектрический метод сорти­ ровки сталей или сплавов по маркам, проводят исследование ТЭДС большого числа изделий из различных плавок подлежа­ щего разбраковке металла. Это необходимо для установления границ возможных значений ТЭДС для различных марок при различных допустимых по стандартам или техническим усло­ виям отклонениях химического состава. Возможна сортировка только тех сплавов, области рассеяния значений ТЭДС кото­ рых не перекрываются между собой.

В качестве материала горячего электрода может быть ис­ пользован один из подлежащих сортировке материалов, имею­ щий среднее значение ТЭДС в сравнении с остальными мате­ риалами. В аппаратуре для термоэлектрической сортировки ме­ таллов используются различные способы индикации ТЭДС: способ «отклонения стрелки», способ «знака ТЭДС» и «нуле­ вой» способ.

Приборы с «нулевым» способом индикации наиболее удоб­ ны при сортировке больших количеств различных марок ста­ лей и сплавов. В приборах ТЭДС, работающих по способу «от­ клонения стрелки», используют зависимость угла отклонения стрелки гальванометра от значения ТЭДС в месте контакта

374