Способы контроля качества металла

Методы контроля качества металлопродукции

Автор: Юлия Рощина, специально для www.EquipNet.ru
Фотографии с сайтов nw-technology.ru, avek.ru, syntezndt.ru, mirndt.ru

О сновная задача любой системы контроля – выявление дефектов и определение пределов прочности и надежности. Дефекты могут возникнуть в результате ошибки при конструировании, производстве или эксплуатации: дефекты литья, усталостное разрушение, атмосферная коррозия, изнашивание сопряженных деталей, дефекты при нанесении покрытий, дефекты неразъемных соединений металла и так далее. В каждом конкретном случае применяются специальные методики, позволяющие определить степень влияния дефекта на качество изделия: насколько уменьшится надежность, рабочие характеристики, как изменятся сроки и условия эксплуатации, или дефект является критичным и предмет не может быть допущен к использованию. Различают две основные группы испытаний: разрушающего и неразрушающего контроля.

Методы разрушающего контроля

Разрушающий контроль служит для количественного определения максимальной нагрузки на предмет, после которой наступает разрушение. Испытания могут носить разный характер: статические нагрузки позволяют точно измерить силу воздействия на образец и подробно описать процесс деформации. Динамические испытания служат для определения вязкости или хрупкости материала: это разного рода удары, при которых возникают инерционные силы в частях образца и испытательной машины. Испытания на усталость – это многократные нагрузки небольшой силы, вплоть до разрушения. Испытания на твердость служат для измерения силы, с которой более твердое тело (например, алмазный наконечник ударника) внедряется в поверхность образца. Испытания на изнашивание и истирание позволяют определить изменения свойств поверхности материала при длительном воздействии трения. Комплексные испытания позволяют описывать основные конструкционные и технологические свойства материала, регламентировать максимально допустимые нагрузки для изделия.

Для определения характеристик механической прочности используют разрывные машины. Например, WEB 600, производства TIME Group Inc.: она способна развивать усилие 600 кН. Машины для технологических испытаний, такие как ИА 5073-100, ИХ 5133, ИХ 5092 отечественного производства, поставляемые компанией ООО «Северо-Западные Технологии», служат для испытаний на скручивание проволоки, выдавливание листового металла, перегибов проволоки и так далее.

Есть несколько методов определения твердости металла: по Виккерсу, когда в поверхность вдавливается четырехгранная алмазная пирамидка под действием нагрузки в 5, 10, 20, 30, 50 и 100 кгс. Затем отпечаток измеряют по диагоналям квадрата, и по таблице определяют число твердости. Машины для определения твердости – твердомеры. Например ИТ 5010 – машина для определения твердости по Виккерсу.

При исследовании твердости по методу Роквелла, образец плавно нагружают до 98 Н (10 кгс). Затем дается дополнительная нагрузка до максимального значения 490 Н (50 кгс) – 1373 Н (140 кгс). После его достижения на шкале индикатора прибора отображается количество единиц твердости образца. Один из распространенных твердомеров по Роквеллу – ТР 5006 М. Среди машин, предназначенных для испытания на усталость можно назвать МУИ-6000 (поставщик – «Северо-Западные Технологии»).

Методы неразрушающего контроля

Если методы разрушающего контроля применяются только к контрольным образцам, для выяснения общих механических свойств, то неразрушающий контроль служит для массового контроля качества продукции. Работа приборов неразрушающего контроля основывается на принципах изменения свойств предмета при наличии дефектов. Это ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия , радиография , магнитопорошковый и капиллярный контроль, вихретоковый контроль, оптико-визуальный контроль и другие. Например, оборудование ультразвуковой дефектоскопии измеряет разницу в прохождении ультразвука, в зависимости от толщины и плотности металла. Толщиномеры 26МG, 26MG-XT, 26XTDL, 36DLPLUS, производства компании Panametrics служат для определения остаточной толщины стенок труб, котлов и других конструкций, подверженных износу. 36 DL PLUS – современный цифровой эхо-импульсный переносной контактный толщиномер, который позволяет измерять толщину даже тех объектов, к которым можно подойти только с одной стороны. Применяется в энергетике и машиностроении для измерения толщины стенок трубопроводов, сосудов давления, котлов и других объектов.

Один из распространенных методов неразрушающего контроля – вихретоковый. Он основан на измерении возмущений вихревых токов при наведении электрического тока на образец. Даже малейшая трещина или каверна в металле, точечная коррозия или истончение сразу фиксируется в изменении вихревых токов. Современные вихретоковые дефектоскопы служат для контроля посадочных полок дисков колес, ряда крепежных деталей авиационных конструкций, детектирования трещин вблизи крепежных отверстий, а также для отображения С-скана крепежных отверстий, контроля многослойной коррозии в автомобильной, авиационной и аэрокосмической отраслях. Среди оборудования вихретокового контроля можно назвать приборы компании Zetec, которые позволяют выполнять широкий спектр обследований различных конструкций самолетов, узлов двигателей и колес. Например, MIZ®-21SR – многорежимный вихретоковый дефектоскоп и бонд-тестер. Это легкий портативный прибор, использующий два метода вихретоковой дефектоскопии для обнаружения непроклея, расслоения и аномалий плотности. Кроме того, MIZ®-21SR имеет функции измерения проводимости и толщины покрытий. Вся информация отображается на дисплее с высоким разрешением и четкостью изображения.

Рентгеновский контроль

Этот метод обыкновенно используется для дефектоскопии крупных сварных металлических конструкций, подверженных коррозионному воздействию атмосферы: трубопроводов, опор и несущих и любых других металлических конструкций. Рентгеновские аппараты могут быть стационарные (кабельного и моноблочного типа), переносные или монтироваться на кроулеры. Кроулер – самоходный, дистанционно управляемый робот, несущий автономный рентгеновский комплекс. Он предназначен для контроля качества сварных соединений трубопроводов. Такой аппарат по команде извне перемещается в трубопроводе, останавливается и снимает рентгенограмму. Экспонирующее устройство кроулера работает полностью независимо. Одни рентгеновские аппараты требуют экспонирования и проявки специальной пленки, другие отражают информацию сразу в цифровом виде.

Среди аппаратуры рентгеновского контроля нужно назвать продукцию ЗАО «Синтез НДТ», входящую в группу предприятий «ЮНИТЕСТ». Стационарные аппараты серии «Витязь» изготовлены моноблоком, со стеклянной рентгеновской трубкой. Их стоимость относительно невысока. Серия «Бастион» – аппараты кабельного типа, в них используется металлокерамическая трубка, что обеспечивает надежность и длительный срок службы, но они более дороги. Как правило, стационарные аппараты используются для контроля материалов или готовой продукции, они отличаются от переносных высокой стабильностью параметров тока, напряжения и минимумом пульсаций. Переносные рентгеновские аппараты серии «РПД», того же производителя, предусматривают и варианты для работы в тяжелых климатических условиях, на Крайнем севере. В этом случае, блок питания и управления монтируется в металлическом корпусе, категория защиты — IP65. На кроулеры устанавливаются панорамные рентгеновские трубки серии СХТ. Они обеспечивают максимально возможную жесткость спектра излучения с высоким КПД, аппараты питаются от аккумуляторной батареи кроулера. Оборудование СХТ снабжено системой принудительного воздушного охлаждения анодов вентиляторами.

Сегодня не существует одного универсального метода, который позволял бы измерить все свойства металлического изделия разом. Поэтому методы контроля качества применяются в комплексе: на стадиях разработки и изготовления – разрушающие, в процессе эксплуатации – различные неразрушающие. Выбор конкретного способа контроля зависит не только от специфики и назначения металлической конструкции, но и от многочисленных внешних факторов, которые непременно учитываются специалистами.

Источник

Способы контроля качества металла

ГОСТ 10243-75
(СТ СЭВ 2837-81)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Методы испытаний и оценки макроструктуры

Steel. Methods of test and estimation of macrostructure

Дата введения 1978-01-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 19 августа 1975 г. N 2176

Постановлением Госстандарта СССР от 03.08.82 N 3031 срок действия продлен до 01.01.88*

* Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации. (ИУС N 4, 1994 г). Примечание «КОДЕКС».

ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1985 г.) с Изменением N 1, утвержденным в августе 1982 г. (ИУС N 11-1982 г.)

Настоящий стандарт распространяется на кованые и катаные углеродистые, легированные и высоколегированные стали и устанавливает методы испытаний и эталонные шкалы для оценки макроструктуры, а также классификацию дефектов макроструктуры и изломов прутков и заготовок диаметром или толщиной от 40 мм (наименьшая сторона) до 250 мм (наибольшая сторона) поперечного сечения.

По соглашению между поставщиком и потребителем установленные настоящим стандартом методики изготовления макротемплетов и образцов на излом допускается распространять на заготовки, поковки и изделия других сечений и размеров. Оценка макроструктуры в этих случаях может производиться по эталонам настоящего стандарта, отраслевых стандартов или технических условий. По соглашению потребителя с изготовителем стандарт может быть распространен на сталь, получаемую методом непрерывной разливки.

Необходимость проведения контроля макроструктуры, количество и место отбора проб по длине раската слитка, размеры проб после перековки, а также нормы по допускаемым дефектам и перечень недопускаемых определяются стандартами на конкретные виды металлопродукции.

В стандарте учтены требования рекомендации СЭВ по стандартизации РС 3629-72.

В части метода контроля травлением стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 2837-81.

(Измененная редакция, Изм.N 1).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Макроструктуру металла контролируют:

протравливанием специально подготовленных образцов в растворах кислот.

Метод основан на различии в травимости бездефектного металла и участков с наличием пор, ликвации, неоднородности структуры и других дефектов;

изломом специально подготовленных (в том числе дополнительно термически обработанных) образцов.

Метод основан на различном разрушении участков металла с пористостью, флокенами, перегревом, сколами и без них.

Контроль качества металла по излому производят:

взамен контроля протравленных образцов, если это предусмотрено стандартами на металлопродукцию;

дополнительно к контролю протравленных образцов для проверки классификации макродефектов, а также в исследовательских целях.

1.2. Макроструктуру углеродистой (с содержанием углерода до 0,3%) конструкционной стали по излому не контролируют.

1.3. Оценку макротемплетов и изломов производят осмотром невооруженным глазом. Для уточнения классификации дефектов допускается применять двух-, четырехкратное увеличение.

2. ОТБОР ПРОБ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

2.1. Макроструктуру металла контролируют по одному из следующих вариантов.

2.1.1. Прутки и заготовки размером до 140 мм в полном поперечном сечении.

2.1.2. Прутки и заготовки размером свыше 140 мм на перекованных или перекатанных пробах, если стандартами или техническими условиями не оговорена необходимость контроля в полном сечении — до 250 мм.

2.2. Количество проб и место отбора их по длине и сечению раската слитка (литой заготовки) указываются в стандартах и технических условиях на конкретные виды металлопродукции.

При отсутствии таких указаний пробы для контроля отбирают (на заводах-поставщиках металла) от заготовок, соответствующих наиболее загрязненным частям слитка.

Маркировка на пробах и вырезаемых из них образцах должна соответствовать маркировке контролируемых заготовок.

а) при разливке металла сверху контролировать заготовки от первого и последнего слитков по времени разливки; при разливке сифоном — заготовки от одного слитка первого и последнего сифона; при отсутствии клейма — контролировать заготовки любых слитков;

б) металл вакуумно-индукционной выплавки (ВИ) контролировать по одной пробе от подприбыльной части каждого слитка;

металл вакуумно-дугового (ВД), электронно-лучевого (ЭЛ), плазменно-дугового (ПДП) и электрошлакового (Ш) переплавов — на пробах от заготовок, соответствующих верхней и нижней частям одного или двух слитков от партии-плавки;

в) металл после двойных переплавов: вакуумно-индукционный + вакуумно-дуговой (ИД), электрошлаковый + вакуумно-дуговой (ШД) и других контролировать в соответствии с рекомендациями, указанными для последнего способа переплава.

2.3. При контроле плавок, разделенных по размерам на несколько партий, пробы отбирают от заготовок с максимальным сечением. Положительные результаты контроля могут быть распространены на все партии данной плавки меньшего размера, а также на заготовки, поперечные размеры которых превышают контролируемые не более чем на 20 мм.

2.4. Пробы для контроля на флокены отбирают от любых заготовок после окончания полного цикла режима охлаждения или термической обработки каждой партии-плавки. При одинаковых условиях охлаждения заготовок разных сечений пробы отрезают от партии заготовок максимального сечения в данной плавке. Вырезка проб и темплетов поперек волокна производится пилами или автогеном на расстоянии не менее одного диаметра (стороны квадрата) от края заготовки.

В случаях, не допускающих автогенного реза (оговоренных стандартами или техническими условиями), отрезают пробу сразу же после прокатки или ковки, в горячем состоянии. Длина пробы должна быть не менее четырех диаметров (сторон квадрата). Охлаждение и термическую обработку пробы производят вместе с металлом контролируемой партии-плавки. Темплеты вырезают из середины этой пробы.

Контроль металла на флокены допускается производить:

по продольным темплетам или продольным изломам. В последнем случае поперечные темплеты следует надрезать, закаливать в воде и разламывать;

методом ультразвуковой дефектоскопии.

2.5. Вырезку образцов для контроля макроструктуры производят при соблюдении требований и рекомендаций, указанных ниже.

2.5.1. Темплеты должны быть вырезаны с таким расчетом, чтобы контролируемое сечение находилось на расстоянии, исключающем влияние условий резки: нагрев от резки, смятие от пресса, пилы и т. д.

2.5.2. При испытании металла на перекованных пробах от контролируемой заготовки отрезают кусок длиной не менее одного диаметра (или стороны квадрата) и перековывают на размер 90-140 мм, если стандартами не оговорены другие размеры. Темплеты для контроля следует вырезать из средней части длины кованой пробы.

2.5.3. Темплеты вырезают перпендикулярно направлению прокатки или ковки через все сечение заготовки, а при контроле макроструктуры и флокенов на продольных образцах — параллельно направлению прокатки, ковки. В последнем случае плоскость будущего шлифа должна совпадать или быть близкой к осевой плоскости контролируемой заготовки.

Длина продольных темплетов должна быть 100-150 мм.

2.5.4. Рекомендуемая высота поперечных темплетов должна быть 15-40 мм.

2.5.5. При необходимости образцы от заготовок большого сечения (более квадрата 200 мм и слябы) допускается разрезать на части при условии сохранения осевой зоны (черт.1). Травить и оценивать необходимо все части образца.

2.6. Поверхность темплетов перед травлением необходимо подвергать холодной механической обработке: торцеванию, строганию, шлифованию. После обработки поверхность должна быть ровной и гладкой, без поверхностного наклепа и прижога металла. При арбитражных испытаниях шероховатость поверхности обрабатываемых темплетов должна быть не более 20 мкм по ГОСТ 2789-73.

2.7. Шлифование темплетов производят при твердости металла не более НВ 388 (диаметр отпечатка не менее 3,1 мм). При контроле стали с большой структурной неоднородностью, а также поставляемой с повышенной твердостью необходимо производить смягчающую термическую обработку проб или темплетов.

2.8. Контроль по излому проводят на образцах с поперечным или продольным направлением волокна. При замене контроля на протравленных образцах контролем по излому применяют образцы с поперечным направлением волокна; при контроле по излому, дополнительно к контролю макроструктуры, применяют образцы с продольным направлением волокна.

2.8.1. Для контроля по излому поперек волокна заготовки в состоянии поставки (или образцы от них) надрезают по одной из приведенных на черт.2 схем.

Площадь излома должна составлять не менее площади сечения заготовки. Поломка образца или заготовки должна производиться с максимальной скоростью и большой сосредоточенной нагрузкой, исключающими смятие поверхности излома и образование ложных расщеплений.

2.8.2. Для контроля по излому вдоль волокна отрезают специальные образцы или используют темплеты после травления и контроля макроструктуры. Надрез темплетов для поломки производят по осевой линии или через дефектное место, но с обратной стороны по отношению к плоскости макрошлифа. Глубина и форма надреза должны гарантировать прямолинейный излом (без смятия) и достаточную высоту его: не менее 10 мм для заготовок размером 80 мм и более и 5 мм для размеров менее 80 мм. Для обнаружения очень мелких дефектов темплеты нагревают до температуры не ниже предусмотренной стандартами или техническими условиями для термической обработки образцов при испытании механических свойств или твердости и закаливают в воде.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ И РЕЖИМЫ ТРАВЛЕНИЯ ТЕМПЛЕТОВ

3.1. Для травления темплетов следует применять ванны, сосуды, изготовленные из материалов, не вступающих в реакцию с применяемыми травильными растворами.

3.2. Перед травлением темплеты необходимо очистить от грязи и, если требуется, обезжирить.

Образцы в травильных ваннах не должны соприкасаться контролируемыми плоскостями друг с другом и со стенками ванны. Количество травильного раствора должно обеспечивать небольшое снижение концентрации кислоты за время травления.

Количество раствора должно быть, в см (ориентировочно):

100 — на 10 см площади темплета;

500 — на 100 см площади темплета;

2000 — на 1000 см площади темплета.

Образцы перед травлением рекомендуется подогревать до 60-80 °С, т. е. до температуры раствора.

3.3. Рекомендуемые реактивы и режимы травления указаны в приложении 1. Допускается применять другие реактивы при условии получения идентичных результатов травления.

Применяемые реактивы должны быть чистыми, светлыми, без взвешенных частиц и пены.

Условия травления должны исключать возникновение ложных дефектов.

3.4. При использовании больших ванн допускается одновременно травить образцы от марок, близких по химическому составу.

Время травления должно быть более продолжительным (в пределах, рекомендованных в приложении 1):

для легированных и кислостойких сталей;

для металла с повышенной твердостью;

при травлении образцов без подогрева;

при травлении в менее нагретом растворе.

3.5. Травление образцов должно обеспечивать получение четко выявленной макроструктуры, позволяющей надежно оценивать ее при сравнении со шкалами и фотоснимками.

Источник