Организация и технология контроля и испытаний качества, химического состава, свойств марки стали 4X5MФС

Характеристики пластичности:

- относительное удлинение при разрыве:

δ5 =

,

 где lk и l0 – начальная и конечная длина образца

- относительное сужение:

,

 где Fо - начальная площадь поперечного сечения

Fк -площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность.

Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению.

Твёрдость металлов не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения. Твердость характеризует возможность обработки металла на станках, в штампах, ручным инструментом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика определения ударной вязкости

 

Испытание металла на ударную вязкость выполняется на приборе, называемом маятниковым копром (см. рис. 2).

 

 

Рисунок 2 – Маятниковый копер

 

Копер представляет собой станину 2 с тяжелым маятником 1, шарнирно подвешенным к станине на штанге. У основания копра имеется площадка 3, на которую укладывают образец для испытания.

Из металла, который надо испытать, изготовляют образец (по ГОСТ 1524—42) в виде бруска длиной 55 мм и сечением 10×10 мм с поперечным надрезом посредине.

Образец устанавливают на две опоры маятникового копра так, чтобы надрез его находился против места удара маятника. Маятник 1 поднимают и в поднятом положении закрепляют защелкой. В момент испытания освобождают защелку, маятник падает и ударяет по стороне образца, противоположной надрезу. В результате удара образец разрушается, а маятник по инерции проходит вперед, поднимаясь на высоту, меньшую первоначальной.

Работа, затраченная на разрушение образца, будет равна:

 
А=G·(h1—h2),

 

где G - вес маятника в кг; 
h1 - высота, на которую первоначально был поднят маятник, в м; 
h2 - высота, на которую маятник поднялся после разрушения образца, в м; 
А - работа, затраченная на излом образца, в кгм.

Разделив величину работы, затраченной на излом образца, на площадь сечения образца, выраженную в см2, получим сопротивление образца удару, или ударную вязкость, которая выражается в килограммометрах на квадратный сантиметр площади сечения образца:

 
                                                          ak=(A/F),

 

где F - площадь поперечного сечения образца в месте надреза в см2;

А - работа, затраченная на излом образца, в кгм;

ак - величина ударной вязкости в кгм/см2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Методы неразрушающего  контроля

 

Для изделий ответственного назначения выборочный контроль отдельных проб от плавки недостаточен, так как это не позволяет полно оценить качество металла. Достаточно надежные результаты дает только полный (100%-ный) контроль с применением современных методов неразрушающего контроля на наиболее ответственных стадиях производства продукции и в готовом виде.

Неразрушающий контроль позволяет определить качество слитков, заготовок, изделий, проверить эффективность совершенствования всего производственного процесса, дает возможность тщательно отобрать годную часть металла для дальнейшей обработки. Систематический неразрушающий контроль на различных стадиях технологического процесса и обобщение результатов этого контроля позволяют определить, на каких стадиях процесса возникают дефекты, а, следовательно, устанавливать и устранять их причины. В этом случае изменяется сущность операций контроля. Из пассивного, только фиксирующего качество готового металла и изделий, контроль превращается в активный метод корректировки и совершенствования технологического процесса. Активная роль контроля особенно возрастает в условиях автоматизации металлургического производства.

Неразрушающий контроль в зависимости от физических явлений, положенных в его основу, подразделяется на следующие виды (ГОСТ 18353-79):

- магнитный;

- электрический;

- вихретоковый;

-  радиоволновой;

- тепловой;

- оптический;

- радиационный;

- акустический;

- проникающими веществами.

Наиболее широкое применение для контроля макродефектов слитков, заготовок и готовых изделий, кроме визуально-оптического, получили акустический (ультразвуковой), магнитный, вихретоковый, радиационный, проникающими веществами (капиллярный) виды неразрушающего контроля. Обычно они называются соответственно ультразвуковой, магнитной, вихретоковой, радиационной и капиллярной дефектоскопией.

Технические возможности методов неразрушающего контроля характеризуются:

- чувствительностью;

- разрешающей способностью;

- достоверностью;

- надежностью аппаратуры;

- простотой технологического процесса контроля, его производительностью;

- а также требованиями по технике безопасности.

Чувствительность метода характеризуется наименьшими размерами обнаруживаемых дефектов:

1) у поверхностных - шириной раскрытия дефекта у выхода на поверхность, протяженностью в глубь металла и по поверхности изделия;

2) у глубинных - размерами дефекта с указанием глубины залегания.

Чувствительность зависит от:

- вида контроля;

- технических характеристик используемой аппаратуры и дефектоскопических материалов;

- качества обработки поверхности контролируемого изделия;

- условий контроля и других факторов.

Для обеспечения требуемой чувствительности настройку дефектоскопов производят по контрольным образцам в соответствии с действующими критериями на отбраковку конкретной продукции.

 

 

5.1 Выбор метода неразрушающего  контроля в зависимости от  дефекта

 

Методы неразрушающего контроля основываются на наблюдении, регистрации и анализе результатов взаимодействия физических полей (излучений) или веществ с объектом контроля, причем характер этого взаимодействия зависит от химического состава, строения, состояния структуры контролируемого объекта и т.п.

 Все методы неразрушающего  контроля являются косвенными  методами. Настройка, калибровка должны осуществляться по контрольным образцам, имитирующим измеряемый физический параметр.

 Метода, который бы  мог обнаружить самые разнообразные  по характеру дефекты нет. Каждый  отдельно взятый метод решает  ограниченный круг задач технического  контроля.

Выбор оптимального метода неразрушающего контроля следует осуществлять исходя из его:

- реальных особенностей;

- физических основ;

- степени разработки;

- области применения;

- чувствительности;

- разрешающей способности;

- технических условий отбраковки;

- технических характеристик аппаратуры.

При выборе методов неразрушающего контроля, кроме специфических особенностей и технических возможностей каждого метода, необходимо учитывать:

1. вид дефекта и его расположение;
2. условия работы изделия и технические условия на отбраковку;
3. состояние и чистоту обрабатываемой поверхности;
4. форму, размер изделия;
5. зоны контроля;
6. конкретные условия контроля.

При равной чувствительности предпочтение отдаётся методу, который проще, доступнее, имеет более высокую производительность и достоверность результатов.

В стали 4Х5МФС  необходимо контролировать остатки усадочных раковин. Для обнаружения данного дефекта широкое применение на металлургических предприятиях получил эхо-метод ультразвуковой дефектоскопии.

 

5.2  Характеристика предполагаемого  дефекта стали

 

Усадочная раковина - полость в металлическом слитке или фасонной отливке, образующаяся при затвердевании (кристаллизации) металла в результате усадки. Она располагается обычно в головной (прибыльной) части слитка или в тех объёмах отливки, куда при разливке попали последние порции жидкого металла.

 Служебная роль усадочной раковины заключается в питании (в процессе кристаллизации) жидким металлом всех полостей, которые образуются под ней, поэтому стремятся дольше сохранять в объёме, где располагается усадочная раковина, температуру выше той, при которой металл затвердевает. Головная часть слитков с усадочной раковиной перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой), как правило, отрезается и удаляется в отходы. Чтобы было меньше отходов, усадочная раковина должна быть по возможности широкой и короткой, мало углубляющейся в слиток по его высоте. Это достигается применением расширяющихся кверху изложниц (усадочная раковина имеет тогда форму короткого конуса с вершиной, обращенной к донной части слитка) [13].

Принимаются также меры для утепления прибыльной части слитка. Если не удаётся замедлить кристаллизацию последних порций жидкого металла и локализовать усадочную раковину, она распространяется в глубь слитка, её нижний, узкий конец разветвляется, и в слитке образуются дополнительные полости большего (усадочные пузыри) или меньшего (усадочная рыхлость) объёма, располагающиеся вблизи усадочной раковины, обычно под ней.

В штамповой стали из-за данного дефекта разрушение идет по скоплению карбидов и пор, являющихся концентраторами напряжения и инициирующими образование и распространение трещин.

 

5.3 Методика выявления  дефектов методом неразрушающего  контроля

 

Ультразвуковая дефектоскопия основана на применении ультразвукового излучения, обладающего большой проникающей способностью и отражающегося от границы раздела двух сред с различными физическими свойствами. Ультразвуковая  дефектоскопия получила наиболее широкое практическое использование на современных металлургических предприятиях, способствуя получению высокого качества продукции.

Ультразвуковые волны, используемые в дефектоскопии, представляют собой упругие колебания, возбуждаемые в контролируемом объекте. При этом частицы объекта не перемещаются вдоль направления движения волны. Каждая частица, совершив колебательное движение, снова занимает исходное положение, а колебательное движение совершает соседняя с ней частица и т.д. На возбуждение колебательных движений частиц расходуется определенная энергия ультразвуковых волн, которая с удалением от места ввода ультразвуковых колебаний (УКЗ) постепенно уменьшается и, наконец, полностью затухает.

Ультразвуковая дефектоскопия использует три метода:

1. метод прошедшего излучения (теневой);
2. резонансный метод;
3. эхо-метод.

Эхо-метод получил наиболее широкое применение из всех методов. Он применяется для обнаружения грубых дефектов в слитках, предназначенных для изготовления ответственных изделий, контроля труб и прокатных заготовок, а также для выявления в поковках (типа роторов и дисков турбин, заготовок штампов, станин, валов и т.п.) флокенов, остатков усадочных раковин, грубых включений, оксидных плен, ликвационных скоплений и других внутренних дефектов.

Эхо-метод основан на введении в контролируемый объект при помощи излучателя коротких импульсов УКЗ и регистрации интенсивности и продолжительности прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов. УКЗ, встречающие на своем пути дефекты (поры, расслоения, трещины, флокены, структурную неоднородность и т.д.), частично отражаются и в виде эха попадают обратно на головку излучателя. Остальная часть колебаний достигает противоположной стороны контролируемого объекта, отражается от раздела объект-воздух или другая среда, и тоже, как эхо, попадает на головку излучателя. При этом отраженные от дефекта УКЗ возвращаются раньше, чем от противоположной стороны объекта, поэтому вначале на экране дефектоскопа появляется импульс от дефекта, а затем от противоположной стороны объекта.

На экране они располагаются один за другим на расстоянии, соответствующем продолжительности их возвращения. Измеряя промежуток времени от момента посылки импульса до момента приема эхо-сигнала определяют расстояние до дефекта. По амплитуде эхо-сигнала судят о размерах дефекта. На передней панели дефектоскопа для этого имеется шкала, отградуированная в сантиметрах. Критерием отбраковки при контроле служит амплитуда эхо-сигнала, а также условные высота и ширина дефекта.