автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Идентификация конструкционных материалов методами неразрушающего контроля физико-механических характеристик и структурных параметров

На правах рукописи

003067438

Кашубский Александр Николаевич

ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2006

003067438

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева (г. Красноярск) и в Отделе машиноведения Института вычислительного моделирования СО РАН (г. Красноярск)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Крушенко Генрих Гаврилович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Черемисин Александр Алексеевич

кандидат технических наук Закревский Михаил Павлович

Ведущая организация: ФГУП НПО «Прикладная механика» имени академика М.Ф. Решетнева

Защита состоится «18» января 2007 г. в 8° часов на заседании диссертационного совета Д212.098.03 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г.Красноярск, ул. Киренского, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета. Автореферат диссертации размещен на официальном сайте университета: http://www.fivt.krgtu.ru.

Отзывы на автореферат, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в двух экземплярах в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «18» декабря 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

Вейсов Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Широкий диапазон металлических материалов, применяемых при производстве деталей ответственного назначения, многообразие технологических маршрутов, формирующих физико-механические свойства, требуют проведения 100%-го контроля поставляемой на предприятие номенклатуры металлопродукции на предмет её идентификации, а также пооперационного контроля формирующихся в процессе обработки физико-механических свойств.

При перемещении заготовок, деталей и сборочных единиц необходимо контролировать соответствие марок материалов. Для этого необходима неразрушающая экспресс-методика идентификации металла по маркам.

При проведении контроля деталей ответственного назначения практикуется использование образцов-свидетелей, вырезанных из основного металла и обработанных совместно с деталями. При этом вывод о качестве деталей производится по результатам испытаний механических свойств указанных образцов. В связи с этим возникает необходимость разработки методики оценки физико-механических свойств готовых деталей на основе неразрушающих методов контроля.

Существующие методы неразрушающего контроля (НК) при их индивидуальном применении не позволяют достаточно точно установить марки сталей и сплавов, поставляемых на предприятия.

Цель и задачи диссертации.

Разработать комплексную методику определения марок сталей и сплавов, поставляемых на предприятие, применяемых для изготовления деталей ответственного назначения, а также оценки соответствия режимов термической обработки изготовленных деталей, с использованием методов неразрушающего контроля.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1 Произвести классификацию поставляемых на предприятие сталей и сплавов, применяемых для изготовления деталей ответственного назначения по группам, обладающим близкими физическими характеристиками.

2 Проанализировать применяемые методики неразрушающего контроля марок, физико-механических свойств, структур сталей и сплавов с целью выбора оптимальных методов идентификации металлов.

3 Усовершенствовать существующие методики проведения неразрушающего контроля, применяемые для идентификации марок сталей и сплавов для применения на конкретном производстве.

4 Усовершенствовать систему контроля качества термической обработки деталей и сборочных единиц на основании результатов контроля физико-механических свойств.

5 Разработать комплексную методику позволяющую идентифицировать марки, структуры и физико-механические свойства сталей и сплавов неразрушающими методами контроля.

Научная новизна работы и выдвигаемые на защиту основные положения

1 С использованием методов неразрушающего контроля - метода определения термо-ЭДС, вихретокового метода и магнитного метода контроля разработана комплексная методика, позволяющая идентифицировать марки сталей и сплавов, используемые в двигателестроении.

2 Разработана методика выборочного неразрушающего входного контроля поступающей на предприятие металлопродукции, а также пооперационного контроля при изготовлении металлоизделий вплоть до контроля сборочных единиц.

3 На примере широко распространенной стали мартенситного класса 95X18 установлена зависимость величины коэрцитивной силы от величин твердости и временного сопротивления разрушению, что позволяет путем ее измерения выбрать оптимальный режим термической обработки изделий и оценить эти характеристики без их разрушения.

Внедрение результатов работы осуществлено на ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Достоверность и обоснованность научных результатов работы обеспечивается использованием усовершенствованных методик, применением современного оборудования и приборов НК и подтверждается экспериментальными данными, сопоставимыми с известными результатами других авторов. Достоверность результатов, полученных неразрушающими методами контроля, достигается использованием сертифицированных средств измерений и испытательного оборудования.

Апробация работы основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях: Международная научно-практическая конференция «Сибирский аэрокосмический салон», г. Красноярск, 2002 и 2004 гг.; Решетневские чтения. VII Всероссийская научная конференция, г. Красноярск, 2003 г.; Научная конференция «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», г. Красноярск, 2003 г.; Решетневские чтения. IX и X Международная научная конференция, г. Красноярск, 2004 и 2006 гг.; Международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения МИКМУС, г. Москва, 2003, 2004, 2006 гг.; III конкурсная конференция молодых специалистов авиационных, ракетно-космических и металлургических организаций России «Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике», г. Королев, 2004 г.; Научно-технический семинар «Проблемы конструкционной и технологической прочности и ресурса» Отдела машиноведения Института вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск, 2004,2005, 2006 гг.

Личный вклад автора заключается в постановке и реализации задач данной работы, формулировке основных положений научной новизны и практической значимости, внедрении полученных результатов. При проведении экспериментальных работ, металловедческих исследований, механических испытаний оказали практическую

помощь специалисты научно производственного центра по материаловедению ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», которым автор выражает глубокую благодарность. Результаты, полученные другими исследователями, отмечены по тексту или снабжены ссылками на соответствующие источники.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе две статьи в журнале из Перечня ВАК. Личный вклад автора в публикациях составил не менее 65%.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Объем диссертации

137 страниц машинописного текста,_таблиц,_рисунков. Библиография составляет

105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность работы, сформулированы цели и задачи, а также научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описаны методы определения физико-механических характеристик металлических материалов.

Механические испытания позволяют определить физико-механические характеристики материалов реальных деталей, изделий и их соответствие требованиям КД. По результатам испытаний принимается решение о возможности использования материала по назначению. Данный метод является разрушающим, поэтому применим только на образцах свидетелях (имеющих тот же химический состав и обработанных совместно с товарной партией деталей или сборочной единицей), или осуществляется путем разрушения нескольких деталей, по результатам испытаний которых судят о качестве всей партии.

Для определения марки металлических материалов применяется химический или спектральный анализ. Качественная оценка принадлежности стали к аустенитному или любым другим классам производится магнитным методом.

Химический анализ позволяет точно определить содержание химических элементов, входящих в состав материала конкретной детали, но при этом исследуемую деталь нельзя использовать по назначению, так как часть детали переводится в стружку, необходимую для проведения анализа.

Спектральный анализ, выполненный с помощью стилоскопа, дает возможность качественной оценки наличия химических элементов, содержащихся в материале детали без ее разрушения. Однако прижег, образуемый на поверхности детали дуговым или искровым разрядом, а также тепловое воздействие исключает использование детали по назначению.

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 дополнительного определить лишь 3...4 подгруппы сталей и сплавов. Для идентификации необходимо, чтобы количество групп совпадало с количеством марок металла.

В настоящее время применяется несколько неразрушающих методов идентификации марок материалов. Все они используют измерение какой-либо физической величины, численно зависящей от марки материала. Основными методами, измерение физических величин, которые применяется при идентификации химического состава, структуры и физико-механических свойств металлических материалов, являются:

а) вихретоковый метод;

б) магнитные методы;

в) метод определения термо-ЭДС.

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

Вихретоковый метод применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов (дефектоскопия и дефектометрия), контроля размеров ОК и параметров вибраций (толщинометрия и виброметрия), определения физико-механических параметров и структурного состояния (структуроскопия), обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и для других целей. Объектами вихретокового контроля могут быть электропроводящие прутки, проволока,

трубы, листы, пластины, покрытия, в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных реакторов, шарики и ролики подшипников, крепежные детали и многие другие промышленные изделия.

Магнитные методы. К настоящему времени исследованы зависимости магнитных, механических свойств и удельного электросопротивления от температур нагрева при закалке Тзак и отпуске Топ, для большого количества сталей различного химического состава и разных классов.

В работе рассмотрено влияние процессов при закалке и отпуске на Нс и НЯС для сталей ЗОХЗМФА, 40ХФА и 111X15.

Коэрцитивная сила магнитомягких материалов определяется средней величиной сил, задерживающих необратимое смещение границ между доменами при перемагничивании. Факторами, задерживающими такое смещение, могут быть неферромагнитные включения различной формы и дисперсности, напряжения, обусловленные дислокациями и другими причинами, градиенты напряжений, границы фаз, зерен и субзерен и прочие неоднородности и дефекты кристаллического строения.

Есть представления о влиянии на Не фазовых и структурных изменений при закалке и отпуске простых углеродистых сталей (доэвтектоидных и заэвтектоидных). Однако при этом не принимается во внимание различный морфологический тип мартенсита в сталях с малым и высоким содержанием углерода - структуры, являющей целью закалки и исходной при отпуске. Не принимали во внимание и тот факт, что большинство малоуглеродистых и среднеуглеродистых, а так же некоторых высокоуглеродистых легированных (например, ШХ15) сталей первое превращение отпуска протекает уже в процессе закалки.

Перераспределение дислокаций, уменьшение искаженное™ кристаллической решетки, уровня внутренних напряжений и размеров напряженных участков а-фазы приводят к снижению коэрцитивной силы; увеличение размера карбидных частиц - к росту Не вследствие уменьшения суммарной площади МДГ и возрастания дополнительной энергии, требуемой для увеличения этой площади из-за сползания границ с карбидных частиц при перемагничивании. Второй причиной роста коэрцитивной силы являются магнитные поля рассеяния на слабомагнитных карбидных частицах. В низкоуглеродистых с галях карбидов мало, поэтому превалирует влияние первого фактора - внутренних напряжений. Здесь в рассматриваемом диапазоне температур отпуска Нс несколько уменьшается. Для среднеуглеродистых сталей вклад в величину коэрцитивной силы внутренних напряжений и карбидов примерно равен: она практически не изменяется. Повышение содержания углерода увеличивает количество и роль карбидных частиц. Увеличение их размера приводит к тому, что на них возникают замыкающие домены (зародыши перемагничивания), которые удерживаются частицами. До тех пор, пока карбиды удерживают упомянутые замыкающие домены, коэрцитивная сила увеличивается. При достижении карбидными включениями критического размера возросшие замыкающие домены приобретают свойства самостоятельных образований и способность к росту. Лишь тогда Не уменьшается. Таким образом, у

высокоуглеродистых сталей в указанном интервале температур отпуска коэрцитивная сила возрастает, проходит через максимум и убывает.

Дальнейшее повышение температур отпуска может привести к возрастанию Нс вследствие приближения к закалочным температурам.

Уменьшение намагниченности насыщения и релаксационной намагниченности при отпуске до 400°С следует связать с первой стадией распада мартенсита в стали 95X18, когда из а-фазы выделяется большое количество мелкодисперсных карбидов намагниченность насыщения которых ниже чем у матрицы.

Изменение фазового состава и структуры стали 03X11Н10М2Т-ВД, в зависимости от температуры нагрева и последующего охлаждения, оказывает влияние на изменение коэрцитивной силы и фазы третьей гармоники. Так, с изменением количества остаточного аустенита происходит пропорциональное изменение тока размагничивания, те. с увеличением количества остаточного аустенита ток размагничивания увеличивается. Такая зависимость может быть использована при оценке фазового состава стали неразрушающим методом по коэрцитивной силе (Не).

Метод определения термо-ЭДС. Термоэлектрический метод 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 разбраковки сталей по маркам. Но побочные явления, возникающие при измерении термо-ЭДС, вызывают разбросы этой величины для одной и той же марки металла, которые могут перекрываться, и по этому отличить две марки металлов, имеющих близкую по значению термо-ЭДС, практически нельзя.

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий (практически до 30 мкм), качество сцепления слоев, измерения глубины закаленного слоя, исследования процессов усталости металла.

Источником информации о физическом состоянии материала при термоэлектрическом методе неразрушающего контроля является термо-ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из пары электродов (горячего и холодного) и контролируемого металла.

Регистрация результатов контроля возможна тремя способами: по углу отклонения стрелки индикаторного прибора, по изменению знака термо-ЭДС и по индикации нулевого показания.

Исследована зависимость величины термо-ЭДС от различных легирующих компонентов, входящих в состав стали. Установлено, что эта величина более всего чувствительна к содержанию хрома и несколько меньше к содержанию углерода. Это означает, что изделия из сталей, различающиеся по содержанию хрома и углерода, могут быть надежно идентифицированны.

Анализ возможности контроля физико-механических свойств сталей аустенитного и аустенитно-ферритного класса. Стали аустенитного класса характеризуются содержанием большого количества Сг и № (не менее 8%), а также др. элементов, способствующих расширению а-области в количествах, достаточных для образования сплавов с аустенитной структурой, устойчивой при высоких температурах. Эти стали являются парамагнитными.

Резкое различие магнитных свойств парамагнитной а-фазы карбидов и ферромагнитной у-фазы говорит о возможности применения магнитного анализа к аустенитным сталям.

Аустенитно-ферритные стали. В зависимости от химического состава и термообработки стали могут в своей структуре содержать некоторое количество феррита. Свойства аустенитно-ферритных сталей зависят от соотношения ферритной и аустенитной фаз, а также процессов, протекающих в них. Количественное соотношение этих фаз зависит от температуры закалки и может его регулировать. Последующее старение этих сталей ведет к превращению у-»а, т.е. уменьшает количество ферритной фазы. В результате аустенитно-ферритные стали утрачивают свои первоначальные ферритные свойства.

Эти стали в мягком состоянии, т.е. после закалки, слабо магнитны, в упроченном состоянии магнитны.

Аустенитно-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации.

Влияние различных факторов на магнитные и механические свойства сталей. Как магнитные, так и механические свойства сталей зависят от материала, тела, условий измерения. Материал характеризуется химическим составом, структурой, технологией изготовления.

Стали 14Х17Н12, ЭИ992, 95X18 обладают более высокими свойствами. Изменения физических свойств этих сталей с температурой закалки подробно исследованы. Характерное для этих сталей увеличение остаточного аустенита при Та > 1000°С приводит к уменьшению релаксационной намагниченности и совпадает с ходом магнитной восприимчивости. Релаксационная магнитная восприимчивость монотонно уменьшается в интервале температур закалки 900... 1000°С, а релаксационная коэрцитивная сила возрастает.

При температурах закалки выше 1050°С в высокохромистых сталях происходит ускоренный рост зерна и резко увеличивается количество остаточного аустенита, что отрицательно сказывается на механических свойствах как пружинных (30X13, 40X13, 14Х17Н2), так и сталей особого назначения (ЭИ992, 95X18;. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление малым пластическим деформациям, ниже локальные концентрации напряжений у границ зерен и в местах стыка кристаллов мартенсита с границей аустенитного зерна.

Уменьшение намагниченности насыщения и релаксационной намагниченности при отпуске до 400°С следует связать с первой стадией распада мартенсита в стали 95X18, когда из а-фазы выделяется большое количество мелкодисперсных карбидов намагниченность насыщения которых ниже, чем у матрицы.

Исходя из этих данных, можно прогнозировать принципиальную возможность контроля, выбрать оптимальный магнитный параметр и метод контроля.

Влияние химического состава. Магнитные методы не позволяют определить химический состав изделия. Возможна лишь рассортировка некоторых сталей, резко отличающихся по своим магнитным свойствам.

При контроле определенной марки стали магнитным методом изменения ее химического состава, допускаемые стандартами, могут играть решающую роль, поэтому представляется целесообразным знать, повышает или понижает значение магнитных характеристик сталей увеличение концентрации любого из химических элементов в ней.

Влияние технологических факторов производства на магнитные свойства сталей. Кроме химического состава, свойства сталей зависят от технологических факторов. После разливки сталь из жидкого состояния переходит в твердое (кристаллизация), этот процесс начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается путем роста их числа и размеров. Интенсивность охлаждения при этом, обуславливающая скорость кристаллизации и соответственно размер зерен, существенно влияет на магнитные свойства сталей.

После разливки и затвердения неизбежна как структурная, так и химическая неоднородность металла, а также возможны нарушения сплошности и большие внутренние напряжения. Причина возникновения химической неоднородности - различная растворимость элементов в жидкой и твердой фазах, вследствие чего позже кристаллизирующиеся участки обогащаются ими. Химическая неоднородность металла приводит к неоднородности его физико-механических свойств.

В литературе наряду с применением метода определения термо-ЭДС для идентификации сталей описан электроиндуктивный метод, который основан на возбуждении вихревых токов в испытуемых образцах. Идентификации этим методом могут быть подвергнуты стали аустенитно-ферритного класса 08Х21Н10Г6, 12Х25Н16Т7АР (ЭИ835).

Вторая глава посвящена выбору и разработке методик исследования и испытаний, связанных с возможностью идентификации марок сталей и сплавов в состоянии поставки и после термообработки и определения физико-химических свойств металлических материалов.

Для проведения исследований были изготовлены образцы, на ударным клеймением были нанесены: марка стали (сплава), № плавки, толщина листа, порядковый номер образца.

Измерения проводились в соответствии с ГОСТ 8.207-76. Доверительную вероятность Р принимают равной 0.95, при минимальном значении коэффициента Стьюдента а^т для использования в производстве принимают равным 2.11 (для 18-ти замеров).

Среднеквадратическое отклонение 8(А) результаты измерений оценивают по формуле:

наблюдений; N - число результатов наблюдений.

Среднее арифметическое значение результатов наблюдений находят по формуле:

где х, - 1-й результат наблюдения; А - среднее арифметическое значение результатов

п

Доверительные границы е (без учета знака) случайной погрешности результата измерения находят по формуле:

8 = I х 8(А), (3)

где I - коэффициент Стьюдента.

Проанализированы стали и сплавы с точки зрения их химического состава, структуры, технологических свойств, состояний поставки, обрабатываемости, температурных ограничений, механических свойств.

Определения термо-ЭДС.

На всех образцах были произведены замеры термо-ЭДС с помощью приборов ТЭП-10К и ПКММ-2. При этом при работе с прибором ТЭП-10К, ПКММ-2 были использованы наконечники из различных металлов: Си, №, СЛ, А1. Величина термо-ЭДС при замерю прибором ТЭП-10К записана в мА, при замере прибором ПКММ-2 в делениях шкалы.

Гарантированно идентифицировать марку стали по данной методике можно только в том случае, если заранее известно, что материал исследуемого изделия является одним из списка.

Для проведения контроля необходимо наличие электрического контакта исследуемой детали с щупами прибора (т.е. два «пятачка» зачищенных до металлического блеска диаметром не менее 10 мм).

Определение коэрцитивной силы.

Установлено, что коэрцитивная сила зависит от химического состава стали. Например, увеличение легирующих элементов в сталях (N1, Мл, Мо, Сг, увеличивают коэрцитивную силу. Но на коэрцитивную силу влияет также и термообработка металла. Поэтому данный метод необходимо совмещать с другими.

Определение коэрцитивной силы проводили на образцах одинаковых размеров. Измерения проведены по образцам из магнитных сталей помощью структуроскопа МФ-32КЦ (предел допускаемой основной погрешности не более 6%), путем намагничивания и размагничивания локального участка. К достоинству определения коэрцитивной силы отнесли то, что она не имеет зависимости от формы детали.

Датчик коэрцитиметра МФ-32КЦ имеет габаритные размеры (92x92x135 мм) ограничивающие применение данного прибора для деталей малых размеров.

Определение удельной электропроводности. Хорошие результаты дают методы сортировки сталей и сплавов по удельной электрической проводимости (сопротивлению). Кроме того, измерение удельной электрической проводимости является довольно быстрой операцией, не требующей большой площади контроля (максимальный диаметр площади, необходимый для измерения составляет 10 мм2). Но, так как многие металлы имеют близкие по значению удельные сопротивления, то

идентифицировать весь требуемый ассортимент металлов только одним этим способом, также невозможно.

Измеритель удельной элеетропроводности ВЭ-37НЦ предназначен для измерения удельной электропроводности изделия из немагнитных металлов и сплавов, в частности нержавеющих сталей и никелевых сплавов, а ВЭ-17НЦ алюминия и его сплавов, латуни и др. Также приведены технические характеристики работы прибора.

В третьей главе рассмотрены вопросы идентификации марки сталей и сплавов в состоянии поставки, а также после термообработки.

Магнитный метод неразрушающего контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов, т.е. материалов, которые способны существенно изменить свои магнитные характеристики под воздействием внешнего (намагничивающего) магнитного поля.

Оценена возможность идентификации сталей (в состоянии поставки) методом определения коэрцитивной силы. Однако только этим методом весь диапазон исследуемых сталей идентифицировать невозможно: ст. 3 невозможно отличить от ст. 20, 20X13 от 65Г, 03Х13Н5К10МЗФБ от ст. 08кп, 12Х21Н5Т от ст. 20 и 20X13. Необходимо использовать другие методы или комбинацию методов.

Идентификация марки металла с использованием комбинации методов магнитного контроля, коэрцитивной силы, термо-ЭДС. Цель данной работы исследование группы металлических материалов неразрушающими методами контроля и на основании полученных данных сделать вывод о возможности идентификации марки материала.

Таблица 1 - Идентификация материалов

МАРКА ст. 45 03X11Н10 М2Т 07Х16Н6 08X17Н5М 3 65Г 60С2А 20X13 03Х13Н5К10 МЗФБ 08КП ХН67М5В5 ТЮ »л X в ст. 20 12Х18Н10Т ст.З

ст. 45 - , + + + + + + + + + + + + +

03X11Н10М2Т + + + + + + + + + + + + +

07X16Н6 + + ' с"; + + + + + + + + + + +

08Х17Н5МЗ + + + + + + + + + + + + +

65Г + + + + + + + + + + + + +

60С2А + + + + + ■ 1 + + + + + + + +

20X13 + + + + + + + + + + + + +

03Х13Н5К10МЗФБ + + + + + + + + + + + + +

08КП + + + + + + + + + + + + +

ХН67М5В5ТЮ + + + + + + + + + + + + +

12Х21Н5Т + + + + + + + + + + + + +

ст. 20 + + + + + + + + + + + + +

12Х18Н10Т + + + + + + + + + + + + +

ст.З + + + + + + + + + + + + + 1

Данная комбинация магнитного контроля, метода определения термо-ЭДС и коэрцитивной силы позволяет идентифицировать исследованные марки металлов.

Особенности идентификации сталей методами определения: электропроводности, коэрцитивной силы, термо-ЭДС.

Измерения проводили на образцах из сталей после термообработки, необходимо было идентифицировать марку, входящую в исследуемую группу. Результаты оценивали по току размагничивания, электропроводности и термо-ЭДС.

Методы измерения термо-ЭДС, электропроводности, тока размагничивания позволяют определить принадлежность марки стали внутри группы 20Х13Ш, 40X13, 30ХН2МФА, 40Х, 38ХА, 95X18, 03Х11Н10М2Т(ЭП678), 12Х18Н9Т, 60С2А, 10Х12Н20Т2-ВД, 08Х18Н10ТМ, 25Х17Н2Б, 07Х16Н6(ЭП288), 12Х21Н5Т.

Идентификация материала деталей (заготовок), изготовленных из алюминиевых сплавов АД1, АМгЗ, АМг5, АМгб различных состояний поставки Проведено изыскание возможности идентификации неразрушающим методом по маркам материала деталей (заготовок), изготовленных из алюминиевых сплавов в различных состояниях поставки.

Работа проводилась на образцах из сплавов следующих марок: АМгб, АМгбМ, АМгбНВП, АМг5, АМгЗ, АМгЗМ, АД1. Образцы были вырезаны из полуфабрикатов различных видов (прутки, плиты, листы).

На всех образцах были проведены измерения удельной электропроводимости прибором ВЭ-17НЦ/5. Для наглядности данные замеров сведены в шкалу электропроводимостей.

Сплавы АД1 и АМгЗ по удельной электропроводимости хорошо различаются между собой и отличаются от АМг5 и АМгб.

Сплавы АМг5 и АМгб имеют близкие значения удельной электропроводности. Из-за влияния химического состава, способа изготовления, а также режимов термообработки и погрешности измерений прибора, значения удельной электропроводности сплавов АМг5 и АМгб в области 15,3... 15,5 МСм/м перекрываются. Поэтому разбраковать их между собой данным методом невозможно.

Все образцы были исследованы неразрушающим термоэлектрическим методом прибором ПКММ-2. В качестве контрольного образца в горячем наконечнике был использован образец из магния.

Установлено, что сплавы АМгЗ и АМгб по термо-ЭДС хорошо различаются между собой, но от сплавов АМг5 и АД1 отличаются незначительно.

Сплавы АД1 и АМг5 по термо-ЭДС между собой не различаются

Метод измерения удельной электропроводности прибором ВЭ-17НЦ/5 позволяет идентифицировать по маркам детали, изготовленные из сплавов АД1, АМгЗ и группы сплавов АМг5 и АМгб.

Термоэлектрический метод позволяет надежно идентифицировать по маркам детали, изготовленные из сплавов АМгЗ и АМгб.

В четвертой главе представлены результаты идентификации режимов термообработки и определения физико-механических свойств термообработанных металлов.

Проведение измерений на образцах и деталях 12Х18Н10Т и 10Х12Н20Т2.

Измерение термо-ЭДС проводилось на деталях в сравнении с показаниями на образцах №1,2, 3.

Установлено, что сравнение деталей из сталей 12Х18Н10Т-ВД и 10Х12Н20Т2 термообработанных по режиму 12Х18Н10Т-ВД, с образцами №1 и №2 методом измерения термо-ЭДС прибором ПКММ-2 дает возможность различить по маркам вышеуказанные стали. Данные по замерам получены на образцах №1, 2, 3 и на деталях из стали 10Х12Н20Т2, термообработанных на режимах: закалка Т = 1000 ± 10°С, охлаждение водой, старение 730 ± 10°С, выдержка от 15 до 16 часов, охлаждение воздухом.

Результаты математической обработки измерений разницы значений термо-ЭДС на образцах №1, №3 и деталях, выполненной по системе Гаусса, характеризуются удовлетворительным распределением. 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 1200°С происходит стабилизация аустенита (рисунок 4), рост размера зерна и растворение избыточных карбидов Сг. В диапазоне 50 и более мА тока размагничивания (рисунок 1), возможна идентификация режима термообработки стали 95X18.

Равнораспределенные значения термо-ЭДС (рисунок 2), в индивидуальном применении, не позволяют идентифицировать процесс стабилизации аустенитной фазы для стали 95X18. Разброс значений в диапазоне от 0,44 до 2,% мВ. Чувствительность метода определения термо-ЭДС недостаточна для идентификации фазового состава указанного материала.

10 30 50 70 Нс,мА

Рисунок 1 - Результаты измерения коэрцитивной силы стали 95X18

I 2

Рисунок 2 - Результаты измерения гсрмо-ЭДС стали 95X18

Рисунок 3 - Микроструктура 95X18. Соответствует графику 1 (рисунки 1 и 2). Мартенсит и равномерно распределенные карбиды (3 балл), х 300

Рисунок 4 - Микроструктура 95X18. Соответствует графику 2 (рисунки 1 и 2). Стабилизировавшийся аустенит, мартенсит, равномерно распределенные карбиды (3 балл), х 300 Определение механически* свойств стали 95X18.

В данном разделе работы была поставлена задача - установить взаимосвязь между механическими свойствами, структурой металла и показаниями какого-либо метода неразрушающе го контроля, позволяющего интегрально оценивать свойства в локальном

объеме металла. С целью получения требуемых свойств, детали, изготовленные из стали 95X18, подвергают термической обработке по режиму: нагрев до 1050 ± 20°С с последующей закалкой в масле -> криогенная обработка (от минус 80 до минус 60°С) в смеси ацетон или спирт + жидкий азот отпуск. При этом структура, а, следовательно, и связанные с ней механические свойства, в значительной степени определяются температурой отпуска.

Полученные результаты (рисунок 5) показывают, что с повышением температуры отпуска от 150 до 550°С Не (ток размагничивания) несколько понижается, а в интервале от 550 до 600°С происходит резкое падение НС|. после чего вплоть до 720°С величина Нс не изменяется. Характер изменения 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 95X18 в перлитно-карбидную, и протекающими в связи с этим релаксациями напряжений. Изменение временного сопротивления разрушению с„ связанного согласно данным, приведенным в ОСТ 921311-77, с твердостью, может быть также определенно с помощью измерения Не.

тэде мВ

0,4

0,2

Нс, мА

260

50

HRC, МПа 60

♦ V » i

20

а , МПа

1 1 1

-

1 • : L

_ _____

150 250 350 450 550 650 750 Температура отпуска, "С

Рисунок 5 - Влияние температуры отпуска на термо-ЭДС, коэрцитивную силу Нс твердость Ш.С и временное сопротивление разрушению ств стали 95X18

Метод термо-ЭДС обладает наибольшей чувствительностью к химическому составу материала, и практически не имеет ограничений, связанных с геометрическими размерами деталей. Методы определения удельной электрической проводимости применяется при контроле немагнитных материалов, а методы измерения коэрцитивной силы - для магнитных сталей, а при определении химического состава стали, то эти методы используются как дополнительные.

Данная комбинация методов контроля (рисунок 6) рекомендуется для определения марки сталей аустенитного, ферритного, аустенитно-мартенситного и мартенситного классов при входном контроле, в процессе производства и сортировке отходов.

Рисунок 6 - Схема контроля при идентификации металлических материалов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы были получены следующие основные научные и практические результаты:

1 Проанализированы применяемые методы определения марок сталей и сплавов. Выбраны неразрушающие методы контроля, позволяющие идентифицировать марку сталей и сплавов.

2 Конкретизированы существующие методики неразрушающего контроля, применяемые для идентификации марок, физико-механических свойств, структуры материалов, деталей сборочных единиц.

3 С помощью выбранных методов произведена рассортировка поставляемых на предприятие марок сталей и сплавов в зависимости от классов, структуры, технологических и эксплуатационных свойств.

4 В результате измерения коэрцитивной силы оптимизированы режимы термической обработки стали мартенситного класса 95X18.

5 Разработана комплексная методика идентификации марки, физико-механических свойств и структуры сталей и сплавов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1 Кашубский, А.Н. Возможность оценки металла и сварных соединений методом термоЭДС и коэрцитивной силы/ A.C. Мишин, А.Н. Кашубский // САКС-2002: Тез докл. междунар. научно-практич. конф.- Красноярск: СибГАУ, 2002.- С. 274-275.

2 Кашубский, А.Н. Применение метода термоЭДС для идентификации марки сталей и сплавов/ A.C. Мишин, А.Н. Кашубский, Г.Г.Крушенко // Решетневские чтения: Тез. докл. VII Всерос. науч. конф.- Красноярск: СибГАУ, 2003.- С. 125-126.

3 Кашубский, А.Н. Контроль металлических материалов неразрушающими методами/ О.В. Субботина, А.Н. Кашубский, // Решетневские чтения: Тез. докл. VII Всерос. науч. конф.- Красноярск: СибГАУ, 2003.- С. 60-61.

4 Кашубский, А.Н. Корреляционная связь термоЭДС с твердостью стальных деталей транспортных средств/ A.C. Мишин, В.П. Коротков, А.Н. Кашубский // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 2 т. Т. 2.: Тр. научн. конференций.- Красноярск-ИВМ СО РАН, 2003.- С. 186-187.

5 Кашубский, А.Н. Повышение надежности конструкций аппаратов, изготавливаемых из материалов с отличающимися физико-механическими свойствами / A.C. Мишин, Г.Г. Крушенко, А.Н. Кашубский // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 2 т. Т 2.: Тр. научных конференций,- Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003,- С. 187-190.

6 Кашубский, А.Н. Повышение стойкости марггенситно-стареющей стали к коррозионному разрушению под напряжением / А.Н.Кашубский, H.A. Чернякова // Юбилейная XV Международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения. - М.: ИМАШ РАН, 2003.- С. 1920.

7 Кашубский А.Н. Влияние термической и термоциклической обработки на структуру и свойства мартенситностарекяцей стали/ A.C. Мишин, А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко // Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. тр.- Красноярск: НИИ СУВПТ,-2003,- Вып. 14,- С. 136-142.

8 Кашубский, А.Н. Применение неразрушакмцих методов контроля для оценки возможности использования мартенситно-стареющих сталей в сочетании с другими сплавами/ Г.Г. Крушенко, А.Н. Кашубский // Тр. II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата Eurastrencold-2004. Ч. I. Проблемы физики прочности, надежности и ресурса материалов и конструкций в условиях холодного климата.- Якутск: ЯФГУ.- Изд-во СО РАН, 2004.-С. 97-106.

9 Кашубский, А.Н. Контроль состава сплавов, применяющихся для изготовления деталей двигателей и тестирование операторов методов неразрушающего контроля /

А.Н. Кашубский, С.Г. Крушенко, С.Н. Решетникова // Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике. Тез. докл. III конкурсная конференция молодых специалистов авиационных, ракетно-космических и металлургических организаций России,- Королев: ИПК «Машприбор», 2004,- С. 100-102.

10 Кашубский, А.Н. Определение марок сталей и сплавов, используемых при производстве ЖРД, неразрушающими методами / А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко // Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике. Тез. докл. III конкурсной конференции молодых специалистов авиационных, ракетно-космических и металлургических организаций России.- Королев: ИПК «Машприбор», 2004,- С. 102-104.

11 Кашубский, А.Н. Контроль состава сплавов, применяющихся для изготовления деталей двигателей, методами неразрушающего контроля/ А.Н. Кашубский, С.Г. Крушенко, С.Н. Решетникова // Решетневские чтения: Тез. докл. VIII Всерос. науч. конф,- Красноярск: СибГАУ, 2004,- С. 108-109.

12 Кашубский, А.Н. Выбор режима отпуска мартенситных сталей с помощью измерения коэрцитивной силы (на примере стали 95X18) / Г.Г. Крушенко, А.Н. Кашубский // Сб. научн. тр.- Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ.- 2004. Вып. 2,- С. 55-58.

13 Кашубский, А.Н. Применение неразрушающего контроля с целью исключения ошибок в определении марок сплавов / А.Н. Кашубский // Сб. научн. трудов.-Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ.- 2004. Вып. 2,- С. 160-168.

14 Кашубский, А.Н. Неразрушающий контроль сталей и сплавов при изготовлении деталей двигателей летательных аппаратов / А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко // САКС-2004: Тез. докл. международной научно-практич. конф,- Красноярск: СибГАУ, 2004,-С. 165-167.

15 Кашубский А.Н. Применение неразрушающих методов контроля для определения марок сталей и сплавов, используемых при производстве деталей высконагруженных двигателей/ А.Н. Кашубский// Тез. докл. XVI Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2004).- М.: Институт машиноведения РАН.- 2004.- С. 154.

16 Кашубский, А.Н. Идентификация марок сталей и сплавов методами неразрушающего контроля при производстве силовых агрегатов / А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко // Решетневские чтения: Материалы IX Междунар. науч. конф,-Красноярск: СибГАУ, 2005.- С. 134-135.

17 Кашубский А.Н. Идентификация сталей и сплавов неразрушающими методами при производстве силовых агрегатов летательных аппаратов/ А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко// Тез. докл. XVII Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2005). - М.: Институт машиноведения РАН, 2005,- С. 122.

!Ь

18 Кашубский, А.Н. Выбор температуры отпуска деталей из мартенситных сталей с учетом коэрцитивной силы / А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко // Технология машиностроения. - 2005. - № 6. - С. 7-8.

19 Кашубский, А.Н. Идентификация марок сталей и сплавов инструментальными методами/ А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко// Технология машиностроения. - 2005. - № 9.

20 Кашубский, А.Н. Качественная оценка марок конструкционных сталей и сплавов неразрушающими методами/ А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко// Решетневские чтения: Материалы X Международной конференции, проводимой в рамках Сибирского авиационно-космического салона САКС-2006,- Красноярск: СибГАУ, 2006,- С. 167-168.

21 Кашубский, А.Н.Основные принципы целевого выбора сплавов/ H.A. Чернякова, А.Н. Кашубский, A.M. Судариков, Г.О. Старостин// Решетневские чтения: Материалы X Международной конференции, проводимой в рамках Сибирского авиационно-космического салона САКС-2006,- Красноярск: СибГАУ, 2006.- С. 202-203.

22 Кашубский А.Н. Физические основы неразрушающих методов контроля металлических материалов/ А.Н. Кашубский, Г.Г. Крушенко, А.М. Судариков. // Тез. докл. XVIII Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2006). - М.: Институт машиноведения РАН, 2006.- С. 85.

Подписано в печать « 15 » декабря 2006 г. Формат 60 х 84/16

Усл. печ. л. 1,02 Тираж 100 экз. Заказ 35 Отпечатано на ризографе ИВМ СО РАН 660036, Красноярск, ИВМ СО РАН

-С. 15-17.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор литературы.

1.1 Магнитный метод.

1.2 Метод определения термо-эдс.

1.3 Вихретоковый метод контроля.

1.4 Анализ физико-механических свойств сталей и сплавов.

1.5 Выводы.

2. Анализ материалов и выбор методов определения физикомеханических и структурных свойств сталей и сплавов

2.1 Обработка результатов и характеристики исследуемых материалов.

2.2 Анализ конструкционных материалов поставляемых на предприятие.

2.3 Метод определения термо-эдс.

2.4 Метод определения коэрцитивной силы.

2.5 Метод определения удельной электропроводности.

2.6 Выводы.

3. Идентификация марки металла.

3.1 Идентификация марки металла с помощью определения коэрцитивной силы.

3.2 Идентификация марки металла в состоянии поставки с использованием комбинации, коэрцитивной силы, термо-эдс.

3.3 Особенности идентификации термообработанных сталей.

3.4 Особенности идентификации термообработанных сталей методами определения электроповодности, коэрцитивной силы, термо-эдс.

3.5 Идентификация алюминиевых сплавов АД1, АМгЗ, АМг5, АМгб в состоянии поставки.

3.6 Выводы.

4. Определение структуры и физико-механических свойств термообработанных металлов.'.

-34.1 Идентификация стали ЭП452 термообработанной по маршруту 12Х18Н10Т.

4.2 Идентификация термообработанных сталей мартенситного класса.

4.3 Определение механических свойств стали 95X18 методами неразрушающего контроля.

4.4 Выводы.

Современное производство изготавливает различную продукция технического назначения. При этом используется широкий диапазон металлических материалов. В процессе производства каждая деталь, для формирования определенных свойств, подвергается механической, термической, химической либо другой обработке соответствующей технологическому маршруту[1]. При этом закладываемые конструктором параметры предусматривают различные режимы работы: высокие и низкие давления, перепады давления, вакуум, ионизирующее излучение, коррозионноактивные среды, температурные перепады. При создании высокоответственных конструкций используется широкий спектр металлических материалов.

Высокая [2-7] надежность и работоспособность ответственных металлоконструкций формируется путем использования специальных материалов. Производство ответственных механизмов требует 100% контроля свойств используемых деталей. Неразрушающие методы контроля позволяют идентифицировать свойства сталей и сплавов без разрушения детали, что позволяет гарантировать соответствие узлов и механизмов требованиям конструкторской документации.

Актуальность работы. Широкий диапазон металлических материалов, применяемых при производстве деталей ответственного назначения, многообразие технологических маршрутов, формирующих физико-механические свойства, требуют проведения 100%-го контроля поставляемой на предприятие номенклатуры металлопродукции на предмет её идентификации, а также пооперационного контроля формирующихся в процессе обработки физико-механических свойств.

При перемещении заготовок, деталей и сборочных единиц необходимо контролировать соответствие марок материалов. Для этого необходима неразрушающая экспресс-методика идентификации металла по маркам.

При проведении контроля деталей ответственного назначения практикуется использование образцов-свидетелей, вырезанных из основного металла и обработанных совместно с деталями. При этом вывод о качестве деталей производится по результатам испытаний механических свойств указанных образцов. В связи с этим возникает необходимость разработки методики оценки физико-механических свойств готовых деталей на основе неразрушающих методов контроля.

Существующие методы неразрушающего контроля (НК) при их индивидуальном применении не позволяют достаточно точно установить марки сталей и сплавов, поставляемых на предприятия.

Цель и задачи диссертации.

Разработать комплексную методику определения марок сталей и сплавов, поставляемых на предприятие, применяемых для изготовления деталей ответственного назначения, а также оценки соответствия режимов термической обработки изготовленных деталей, с использованием методов неразрушающего контроля.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1 Произвести классификацию поставляемых на предприятие сталей и сплавов, применяемых для изготовления деталей ответственного назначения по группам, обладающим близкими физическими характеристиками.

2 Проанализировать применяемые методики неразрушающего контроля марок, физико-механических свойств, структур сталей и сплавов с целью выбора оптимэльнелх методов идентификации металлов.

3 Усовершенствовать существующие методики проведения неразрушающего контроля, применяемые для идентификации марок сталей и сплавов для применения на конкретном производстве.

-64 Усовершенствовать систему контроля качества термической обработки деталей и сборочных единиц на основании результатов контроля физико-механических свойств.

5 Разработать комплексную методику позволяющую идентифицировать марки, структуры и физико-механические свойства сталей и сплавов неразрушающими методами контроля.

Научная новизна работы и выдвигаемые на защиту основные положения

1 С использованием методов неразрушающего контроля - метода определения термо-ЭДС, вихретокового метода и магнитного метода контроля разработана комплексная методика, позволяющая идентифицировать марки сталей и сплавов, используемые в двигателестроении.

2 Разработана методика выборочного неразрушающего входного контроля поступающей на предприятие металлопродукции, а также пооперационного контроля при изготовлении металлоизделий вплоть до контроля сборочных единиц.

3 На примере широко распространенной стали мартенситного класса 95X18 установлена зависимость величины коэрцитивной силы от величин твердости и временного сопротивления разрушению, что позволяет путем ее измерения выбрать оптимальный режим термической обработки изделий и оценить эти характеристики без их разрушения.

Практическая значимость и реализация работы заключается в разработке комплексной методики идентификации конструкционных материалов методами неразрушающего контроля физико-механических характеристик и структурных параметров. Предложенная методика опробована при входном и пооперационном контроле в условиях многономенклатурного производства ФГУП «Красмаш». Результаты исследований в настоящее время используются в технологиях контроля ФГУП «Красмаш».

Апробация работы, основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях:

- Международная научно-практическая конференция «Сибирский аэрокосмический салон» (г. Красноярск, 2002,2004 гг.);

- Всероссийская научная конференция «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2003,2004,2005,2006

- Научная конференция «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (г. Красноярск, 2003 г.);

- Юбилейная XV Международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения (г. Москва, 2003,2006.);

- III конкурсная конференция молодых специалистов авиационных, ракетно-космических и металлургических организаций России «Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике» (г. Королев, 2004 г.);

- Научно-технический семинар «Проблемы конструкционной и технологической прочности и ресурса» Отдела машиноведения Института вычислительного моделирования СО РАН (г. Красноярск, 2003, 2004, 2005 гг.);

- XVII научно-техническая молодых ученых и специалистов (г. Королев, 2005 г.).

- XVII Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (г. Москва, 2005 г.)

Личный вклад автора заключается в постановке и реализации задач данной работы, формулировке основных положений научной новизны и практической значимости, внедрении полученных результатов. При проведении экспериментальных работ, металловедческих исследований, механических испытаний оказали практическую помощь специалисты научно производственного центра по материаловедению ФГУП

Красноярский машиностроительный завод», которым автор выражает глубокую благодарность. Результаты, полученные другими исследователями, отмечены по тексту или снабжены ссылками на соответствующие источники.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе две статьи в журнале из Перечня ВАК. Личный вклад автора в публикациях составил не менее 65%.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Объем диссертации 137 страниц машинописного текста, 56 таблиц, 37 рисунков. Библиография составляет 105 наименований.

4.4 Вывод

Детали изготовленные из 12Х18Н10Т-ВД и ЭП452, термообработанными по режиму 12Х18Н10Т-ВД, идентифицируются методом измерения термо-ЭДС.

Следовательно, это дает возможность отличить детали по маркам изготовленных из стали ЭП452, термообработанными по режиму: Т = 1000 ± 10 °С, охлаждение вода, старение 730 ± 10 °С, выдержка 15-16 часов, охлаждение воздух и деталей, изготовленных из стали 12Х18Н10Т-ВД.

Изменения магнитных свойств и термо-ЭДС происходящие в термообрабатываемых мартенситных сталях позволяют идентифицировать группу сталей 40X13, 20X13, 95X18, 38ХА физическими методами. Также возможно определение структуры для исследованного диапазона металлических материалов.

Установлено, что с повышением температуры отпуска от 150.550 °С Нс (ток размагничивания) несколько понижается, а в интервале 550.600 °С происходит резкое падение Нс. после чего вплоть до 720 °С величина Нс не изменяется. Характер изменения Ш.СЭ совпадает с изменением Не, что свидетельствует о существовании корреляции данных параметров в изученном температурном интервале отпуска. Снижение твердости является следствием превращения мартенситной структуры стали 95X18 в перлито-карбидную, и протекающих в связи с этим релаксациями. Изменение временного сопротивления ав, с твердостью, может быть также определенно с помощью измерения Не.

В методике контроля термо-ЭДС принято за основу (рис. 4.22), так как обладает наибольшей чувствительностью к химическому составу материала, и практически не имеет ограничений, связанных с геометрическими размерами деталей Методы определения удельной электрической проводимости и коэрцитивной силы применяются после разделения деталей на магнитные и немагнитные.

Данная комбинация методов контроля рекомендуется для определения марки сталей аустенитного, ферритного, аустенитно-мартенситного и мартенситного классов при входном контроле, в процессе производства и сортировке отходов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенной работы:

1. Проанализированы применяемые физические методы определения марок, структуры и физико-механических характеристик сталей и сплавов. Выбраны неразрушающие методы, позволяющие идентифицировать марку сталей и сплавов.

2. Конкретизированы существующие методики неразрушающего контроля применяемые для идентификации марок, физико-механических свойств, структуры материалов, деталей сборочных единиц.

3. С помощью выбранных методов (п. 1, 2) идентифицированы материалы, в состоянии поставки и термообработанные, из числа поставляемых на предприятие марок сталей и сплавов в зависимости от классов, структуры, технологических и эксплуатационных свойств.

4. Установлена возможность и идентифицированы структуры формирующиеся в процессе термообработки материалов.

5. На примере стали мартенситного класса 95X18 с помощью метода коэрцитиметрии получена зависимость коэрцитивной силы от твердости и предела прочности, определяемых различными температурами отпуска.

6. Разработана комплексная методика идентификации марки, физико-механических свойств и структуры сталей и сплавов. . -112

1. Гупалов В.К. Красноярскому машиностроительному заводу 70 лет. // Технология машиностроения. 2002. №4. С. 3-6.

2. Танасиенко А.Г., Сунцов С.И. Контроль за оборудованием химического производства с использованием метода магнитной памяти металла // Безопасность труда в промышленности. 2003. №9. С. 8-10.

3. Смирнов А.Н. исследование структурного состояния и твердости основного металла и сварных соединений жаропрочных сталей акустическими методами // Безопасность труда в промышленности. 2003. №3. С. 37-41.

4. Хапонен H.A., Иванов Г.П. Методика комплексного неразрушающего контроля стали у оборудования повышенной опасности // Безопасность труда в промышленности. 2001. №8. С. 34-35.

5. Шаталов A.A., Закревский М.П., Лепихин A.M., Москвичев В.В. и др. Оценка работоспособности и остаточного ресурса тонкостенных сварных сосудов химически опасных промышленных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2003. №7. С. 34-36.

6. Шевнин В.М., Гофман Ю.М., Симановская Е.Ю. Диагностирование сварных соединений энергетических установок методом магнитной памяти // Безопасность труда в промышленности. 2001. №5. С. 55-57.

7. Попов Б.Е., Котельников B.C. Магнитная диагностика и остаточный ресурс подъемных сооружений// Безопасность труда в промышленности. 2001. №2. С. 44-49.

8. Зуев Л.Б., Семухин Б.С., Бушмелева К.И., Акустические свойства металлов и сплавов и стадийность пластического течения // Металлофизика и новейшие технологии. 2000. т. 22. №10. С. 67-70.

9. Муравьев В.В., Зуев Л.Б. Ермолаева З.И. Влияние внутренних напряжений на скорость ультразвука в сталях. // В сб. Акустические проблемы прочности. Новгород: Новгород. Гос. Ун-т. 1994. ч. 1. С. 39.

10. Полетика И.М., Лоскутов Д.Р., Куликова O.A., Егорова M.H., Зуев Л.В. О возможности неразрушающего контроля структуры и свойств горячекатаной стали // Черная металлургия. 1998. №2. С. 42-46.

11. Семухин Б.С., Бушмелева К.И., Зуев Л.Б. Скорость распространения ультразвука и явление текучести стали 09Г2С // Металлофизика и новейшие технологии. 1998. №5. С. 68-72.

12. Полетика И.М., Лоскутов Д.Р., Пахилова Н.М., Куликова O.A., Зуев Л.Б. Возможности применения ультразвукового контроля ударной вязкости листовой стали // Сталь. 1998. №3. С. 63-65.

13. Семашко H.A., Лановенко Е.В., Лановенко В.В., Казберов Д.С. Исследование акустических свойств ферромагнитных металлов и сплавов //Материаловедение. 2000. №11. С. 13-20.

14. Полетика И.М., Куликова O.A., Егорова М.Н., Зуев Л.Б. Об ультразвуковом контроле неоднородности механических свойств горячекатаной стали // Журнал технической физики. 2001. №3. С. 37-40.

15. Полетика И.М., Данилов В.И., Зуев Л.В., Апасов A.M. Скорость ультразвука, ударная вязкость и твердость малоуглеродистых сталей // Материаловедение. 2001. №1. С. 27-32.

16. Зуев Л.Б., Семухин Б.С., Бушмелева К.И. Измерение скорости ультразвука при пластической деформации Al // ЖТФ. 2000. -Т.70, вып. 1. С. 52-56.

17. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковский Э.П. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. Киев: Наукова думка, 1989. - 256 с.

18. Бобенко В.М., Вагнели B.JI. Акустическая тензометрия. Кишенев: Изд-во «Штиинца». 1991. 204 с.

19. Микропластичность: Сб. статей/ Под ред. В.Н. Геминова и А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1972. 180 с.

20. Зуев Л.Б. Семухин Б.С., Бушмелева К.И. Зависимость скорости ультразвука от действующего напряжения при пластическом течении поликристалла. //ЖТФ. 1999. т. 69. вып. 12. С. 100-101.

21. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость ультразвука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-е. 1996.- 184 с.

22. Муравьев В.В., Комаров К.Л. Ультразвуковой индикатор структурных превращений ИСП-12 . Новосибирск: ЦНТИ. 1993. №181-93.

23. Буденков Г.А., Зинченко Р.В., Зинченко В.А. Оценка напряженного состояния изделий из серого чугуна акустическим методом // Дефектоскопия. 1998. №1. С. 3-7.

24. Катцын П.А., Семухин Б.С., Акимов Б.Г. и др. Применение ультразвуковых методов для оценки напряженного состояния мостовых конструкций // Вестник ТГАСУ. 2000. т. 22. № 10. С. 67-70.

25. Жукова П.Н., Михеев М.Н. Магнитные свойства хромоникельмолибденовых сталей после различной термической обработки //ЖТФ, 1948. Т.18, вып. 2 С. 187-196.

26. Михеев М.Н., Кузнецов И.А„ Крюкова В.А., Неизвестнов Б.М. Магнитные свойства хромистой стали 111X15 после различной термической обработки//ФММ. 1956. Т.З. вып. 2. С. 229-237.

27. Михеев М.Н., Томилов Г.С. Магнитные, электрические свойства и твердость высокоуглеродистых легированных сталей в закаленном состоянии // ФММ. 1959. Т.8, вып. 4. С. 543-556.

28. Кузнецов И.А., Михеев М.Н. Магнитные и электрические свойства хромистых сталей в зависимости от структуры и механических свойств // ИФМ АН СССР. Магнитные методы дефектоскопии, анализа и измерений. Свердловск. 1959. вып. 21. С 228-252.

29. Кузнецов И.А., Михеев М.Н. Магнитные, электрические и механические свойства высокохромистых сталей после различных термических обработок // ФММ. 1959. Т 7. вып. 4 С. 513-526.

30. Михеев М.Н., Морозова В.М., Поморцева JI.B. Магнитные и электрические свойства отожженной и деформированной стали 20// ФММ. 1963. Т.15. вып. 3. С. 343-346.

31. Морозова В.М., Михеев М.Н. Магнитные свойства закаленной заэвтектоидной стали 9X2. ФММ. 1963. Т. 15. вып. 3. С. 347-351.

32. Купалова И.К. Магнитный контроль качества закалки и отпуска быстрорежущих сталей// ФММ. 1964. Т. 18. вып. 1. С. 39-46.

33. Морозова В.М., Михеев М.Н. Магнитные и электрические свойства сталей после различных термических обработок// Труды ИФМ АН СССР. Об электромагнитных методах контроля изделий. Свердловск, 1965. вып. 24. С. 3-25.

34. Магнитные и электрические свойства сталей 17X2, 20X3А, 17НЗМА ицементированных слоев на их основе // Дефектоскопия, 1966. №5. С. 7-17.

35. Кузнецов И.А., Сомова В.М., Башкиров Ю.П. Магнитные, электрические и механические свойства сталей 45ХН и 45ХНМФА после различных термических обработок// Дефектоскопия. 1972. №5. С. 13-20.

36. Горкунов Э.С., Михеев М.Н., Дунаев Ф.Н. Магнитные и электрические свойства сталей 18ХНВА, 34ХНЗМ, У9А в зависимости от режима термообработки // Дефектоскопия. 1975. №3. С. 119-126.

37. Кузнецов И.А., Скрипова Н.И. Магнитные, электрические и механические свойства закаленной и отпущенной стали 65Г. Магнитные, магнитомеханические и электрические свойства ферромагнетиков.-Свердловск: Уральский госуниверситет. 1975. С. 31-37.

38. Купалова И.К., Шаповалова Э.Т., Зекцер Г.О. Контроль качества закалки быстрорежущей стали потенциодинамическим методом // Дефектоскопия. 1976. №5. С. 131-132.

39. Кузнецов И.А., Багров А.И., Радионова Л.Х., Сомова В.М. Магнитные, электрические и механические свойства стали 35СГМ после закалки и отпуска // Дефектоскопия. 1978. №7. С. 39-45.

40. Михеев М.Н., Сомова В.М., Горкунов Э.С. Неразрушающий магнитный метод контроля качества термической обработки сталей 30ХН2МФА и 40Х // Дефектоскопия. 1979. №10. С. 47-53.

41. Михеев М.Н., Сомова В.М., Горкунов Э.С. Магнитный контроль качества термической обработки изделий из конструкционных сталей 45 и 50 // Дефектоскопия. 1980. №7. С. 22-28.

42. Михеев М.Н., Морозова В.М., Носкова Н.И. и д.р. Структура и физико-механические свойства сталей // Препринт. Свердловск: ИФМ УНЦ АН СССР. 1981.-32 с.

43. Царькова Т.П., Вида Г.В., Михеев М.Н., Горкунов Э.С. О магнитном методе контроля качества высокотемпературного отпуска конструкционных и простых углеродистых сталей // Дефектоскопия. 1981. №8. С. 27-33.

44. Вида Г.В., Царькова Т.П., Михеев М.Н. Исследование работы датчика прибора для контроля качества высокотемпературного отпуска стальных изделий // Дефектоскопия. 1981. №7. С.5-12.

45. Кузнецов И.А., Немков B.JI., Прохорова Е.Б. Магнитные, электрические свойства и твердость быстрорежущих сталей Р6МЗ и Р6М5 после различных термических обработок // Дефектоскопия. 1981.№8.1. С.27-33.

46. Михеев М.Н., Горкунов Э.С. Магнитные методы неразрушающего контроля структурного состояния и прочностных характеристик термически обработанных изделий. Обзор // Дефектоскопия. 1985. №3.1. С. 3-21.

47. Р6М5 магнитным методом // Дефектоскопия. 1990. №10. С.37-46.

48. Вида Г.В., Сажина Е.Ю. Магнитный контроль мартенентно-стареющей стали Н18К9М5Т.//ТД и НК. 1991. №2. С.38-42.

49. Вида Г.В., Царькова Т.П., Костин В.Н., Сажина Е.Ю. Использование релаксационных магнитных свойств для неразрушающего контроля закаленных и отпущенных сталей // Дефектоскопия. 1991. №12. С.39-44.

50. Вида Г.В., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Влияние структурных изменений при закалке и отпуске на релаксационные намагниченность и магнитную восприимчивость углеродистых и низколегированных сталей // Дефектоскопия. 1995. №2. С.72-81.

51. Вида Г.В., Сажина Е.Ю., Почуев Н.Д., Царькова Т.П., Нестерова О.В. Исследование возможности контроля механических свойств труб нефтяного сортамента неразрушающим методом // Дефектоскопия. 1995. №2. С.82-88.

52. Вида Г.В., Камардин В.М., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Повышение информативности магнитных методов контроля структуры и механических свойств изделий // Дефектоскопия. 1995. №12. С.17-27.

53. Вида Г.В., Сажина Е.Ю., Царькова Т.П. Магнитные свойства и возможности неразрушающего контроля закаленных и отпущенных высокохромистых сталей // Дефектоскопия. 1996. №8. С.21-29.

54. Костин В.Н., Царькова Т.П., Вида Г.В. Статистическое моделирование и анализ взаимосвязи химического состава и магнитных свойств конструкционных сталей после термической обработки // Дефектоскопия. 1994. №10. С.88-93.

55. Янус Р.И. Магнитная дефектоскопия.- М.- JL: Гостехиздат. 1964.171 с.

56. Berkowitz A., Kneller Е. Magnetism and metallurgy.- New York and London: Academic Press. 1969.- 838 p.

57. Апаев Б.А. Фазовый магнитный анализ. -M.: Наука. 1971. -1032 с.

58. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия. 1974. - 400 с.

59. Вонсовский С.В. Магнетизм. -М.: Наука. 1971,- 1032 с.

60. Dijkstra I.J., Wert С. Effect of inclusion on coercive force of iron // Phys. Rev. 1950, v. 19. № 6. P. 979-985.

61. Malek Z. A study of the influence of dislocations on some of the magnetic properties of permalloy alloys // Czechosl. Journ. Phys. 1959. №9.1. P. 613-626.

62. Вицена Ф. О влиянии дислокаций на коэрцитивную силу ферромагнетиков // Чехосл. физ. Журнал. 1955. №4. С. 480-501.

63. Спектор А.Г., Зельберт Б.М., Киселева С.А. Структура и свойства подшипниковых сталей. М.: Металлургия. 1980. - 264 с.

64. Бида Г.В. Исследование структурной чувствительности релаксационных магнитных свойств ферромагнетиков. УрО АН СССР, Институт физики металлов. Деп. №3717 - В90. - М.: ВНИТИ, 1990. - 69 с.

65. Лившиц Б.Г., Карпошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1980. - 320 с.

66. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978. 647 с.

67. Белоус М.В., Черепин В.Т. Превращения при отпуске стали. М.: Металлургия, 1980. - 272 с.

68. Arnoult W.I., McLellan R.B. Variation of the Youngs modulus of Austenite with carbon concentration. Acta Met., 1975, v. 23. P. 51-55.

69. Дреге В. Сталь как конструкционный материал. М.: Металлургия, 1967.-375 с.

70. Коттелл А.Х. Дислокации и пластические течения в металлах. М.: Металлургиздат, 1957. 267 с.

71. Михеев М.Н., Морозова В.М., Вильданова Н.Ф. О возможности электромагнитного контроля изделий из стали 38ХС // Дефектоскопия. 1987. №11. С. 38-44.

72. Вида Г.В., Ничипорук А.П., Царькова Т.П., Магнитные свойства сталей после закалки и отпуска // Дефектоскопия. 2001. №2. С.3-58.

73. Гольдштейн М.И., Грачев C.B., Векслер Ю.Г. Специальные стали. -М.: Металлургия, 1985.-408 с.

74. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. -М.: Металлургия. 1982. -400 с.

75. Спектор А.Г. Размерная стабильность подшипниковой стали. М.: ВНИИПП, 1969.-205 с.

76. Долинский В.М., Ряузов Д.Г., Новик В.Г., Передерий С.С. О возможности контроля состояния металла по результатам измерения коэрцитивной силы // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2000. №4. С 65-67.

77. Кондорский Е.И. К вопросу о природе коэрцитивной силы и необратимых изменениях при намагничивании // ЖЭТФ, 1937. 7. вып 910. С 1117-1131.

78. Захаров В.А., Боровикова М.А., Комаров В.А., Мужицкий В.Ф. Влияние внешних напряжений на коэрцитивную силу углеродистых сталей // Дефектоскопия. 1992. №1. С. 41-46.

79. Enokizono M., Tanabe I., Kubota T. Localized distribution of two-dimensional magnetic properties and magnetic domain observation // JMMM. 1999. V. 196-197. P. 1-11.

80. Степаненко А.И., Демаков M.B. Ершов В.В. Федоров С.П. Неразрушающий магнитно-шумовой контроль уровня напряжений в газопроводах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1997 №3. С 60-68.

81. Горкунов Э.С., Драгошанский Ю.Н., Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии ферромагнитных материалов. Обзор III. Влияние размера кристаллического зерна // Дефектоскопия. 1999. № 8 С 226.

82. Бусько В.Н., Венгринович B.JI. Исследование возможности оценки твердости пружин с помощью метода эффекта Баркгаузена // Дефектоскопия. 2001. №1. С 27-32.

83. Горкунов Э.С., Драгошанский Ю.Н., Родионова С.С., Влияние структуры сталей на процессы перемагничивания в слабых и сильных магнитных полях и решение задач магнитной структуроскопии изделий из этих сталей // Дефектоскопия. 1998. №6. С 43-67.

84. Мишин А.С., Крушенко Г.Г., Кашубский А.Н., Влияние термической и термоциклической обработки на структуру и свойства мартенситностареющей стали // Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. тр.-Красноярск: НИИ СУВПТ. 2003.14 С. 136-142.

85. Тазей Г.А., Сыч И.И., Черепов С.В. Магнитные состояния и аномалии кинетических свойств сплавов ГЦК железа // Металлофизика и новейшие технологии. 1998. №1. С. 45-52.

86. Дорофеев A.JI. Индукционная структуроскопия М: Машиностроение, 1973. -119 с.

87. Michitaka Ono, Torn Kuiriyama, Juinji Ueda and Tetsuji Okamura. Basic study of high Tc superconducting magnet excited by thermoelectromotive force// Cryogenics. Volume 43. Issues 10-11. October-November 2003. Pages 571-574.

88. Данилевин М.Н., Ярковский B.C. Термоэлектрический прибор ТМС-МП для сортировки сталей по маркам // Дефектоскопия. 1982 №9. С.94-95.

89. Кузнецов И.А. Термоэлектрические датчики для контроля качества материалов и изделий без разрушений // Дефектоскопия. 1973. №1. С.5-12.

90. Кузнецов И.А., Окунев В.М. Термоэлектрические свойства сталей и прибор для контроля химического и фазового состава // Дефектоскопия. 1993. №8. С.78-85.

91. Плотникова Г.А. О совмещении вихретокового и термоэлектрического методов при сортировке сталей по маркам // Дефектоскопия. 1983. №10.