Фізичні методи дослідження і контролю якості металів

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.

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.

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

Люмінесцентний метод.

Люмінесценція - особливий вид світіння речовин без підвищення температури - відома ще з глибокої старовини. Однак пройшло багато століть, перш ніж людині вдалось цілком розкрити її природу.

Люмінесценцією називають холодне світіння речовини (тобто без нагрівання до високої температури), зумовлене різними причинами: освітленням речовини, проходженням у ній електричного струму (у газах і парі), хімічними процесами.

Люмінесцентний метод використовує здатність флуоресцентних речовин світитися при опроміненні ультрафіолетовими променями.

Ультразвуковий метод.

До основним методам неруйнівного контролю належить ультразвуковий метод контролю. Суть методу полягає у випромінюванні у виріб і надалі прийнятті відбитих ультразвукових коливань за допомогою спеціального обладнання - ультразвукового дефектоскопа і пьезоэлектропреобразователя і наступному аналізі отриманих даних з метою виявлення наявності дефектів та їх еквівалентного розміру, форми, виду і глибини знаходження.

Параметри виявлених дефектів визначаються за допомогою ультразвукової дефектоскопії. Наприклад, з часу поширення ультразвуку у виробі визначають відстань до дефекту, а по амплітуді відбивного імпульсу - відносний розмір.

Для проведення ультразвукового контролю в залежності від конкретних умов наданий широкий асортимент засобів контролю.
На сьогодні існує п'ять основних методів ультразвукового контролю:

1. тіньовий;

2. дзеркально-тіньового;

3. дзеркальна;

4. ехо-метод;

5. дельта-метод.

Випробування на розтяг (ГОСТ 1497-84). Проводяться на стандартних зразках круглого або прямокутного перерізу. При розтязі зразок деформується під дією навантаження, яке плавно зростає до моменту його розривання. Під час випробування зразка знімають діаграму розтягу , яка фіксує залежність між силою Р, що діє на зразок, і викликаною нею деформацією ( — абсолютне видовження).

В'язкість (внутрішнє тертя) — здатність металу поглинати енергію зовнішніх сил при пластичній деформації і руйнуванні (визначають величиною дотичної сили, прикладеної до одиниці площі шару металу, який підлягає зсуву).

Випробування на твердість. Твердість — це опір матеріалу проникненню з нього іншого, твердішого тіла. З усіх видів механічного випробування визначення твердості є найпоширенішим.

Твердість за Роквеллом вимірюють в умовних одиницях. За одиницю твердості приймають величину, що відповідає осьовому переміщенню наконечника на відстань 0,002 мм. Твердість за Роквелом обчислюють так:

У сплавах можуть утворюватися механічні суміші, тверді розчини, хімічні сполуки, проміжні фази.

Механічні суміші. Механічна суміш двох компонентів А і В утворюється тоді, коли вони не здатні розчинятися у твердому стані і не вступають у хіміч­ну реакцію з утворенням сполуки. За таких умов сплав складається з кристалів А і В.

Механічні властивості залежать від кількісного співвідношення компонентів А і В, а також від розміру і форми зерен (кристалів). Властивості суміші проміжні — між властивостями чистих металів.

Тверді розчини. Твердими розчинами називають кристалічні речовини, в яких атоми розчинного компонента В розміщені у кристалічній решітці розчинника А. При цьому тип решітки не змінюється.

Тверді розчини бувають розчинами заміщення та розчинами проникнення.

У твердих розчинах заміщення атоми розчинного компонента В заміщують частину атомів розчинника А в його кристалічній решітці.

У твердих розчинах проникнення атоми розчинного компонента розподіля­ються в міжвузлах кристалічної решітки розчинника А.

Тверді розчини бувають обмежені та необмежені.

Необмежені тверді розчини утворюються у будь-яких співвідношеннях компонентів.

В обмежених твердих розчинах розчинність компонентів один в одному обмежена, тобто розчинення відбувається до певної концентрації.

При утворенні твердих розчинів заміщення і проникнення атоми розчинного компонента розміщуються у решітці розчинника довільно.

Хімічні сполуки. У результаті хімічної взаємодії утворюється нова речовина з новими властивостями та будовою, відмінними від властивостей і будови елементів, з яких вона отримана. Наприклад, СиА1₂ має твердість НВ 400, тоді як твердість Си становить НВ 35, а твердість А1 НВ 20.

На основі хімічних сполук утворюються так звані тверді розчини вилучення (до них відносяться карбіди VC, TiC, NbC та ін.). У твердих розчинах вилучення співвідношення атомів елементів має відповідати стехіометричній пропорції (цілим числам).