тм 426 Хафизова Л.В. мдк03.02- мдк03.03. Определение годности детали
 Скачать 1.42 Mb.
|
Определение годности деталиВ производственной и исследовательской практике широко применяют различные методы контроля и анализа механических и физических свойств металлических материалов. К механическим свойствам относят прочность, пластичность, ударную вязкость и твердость. Их определяют по результатам механических испытаний, которые, как правило, проводят с разрушением исследуемых образцов. Механические испытания позволяют определить особенности изменения структуры исследуемых материалов при сварке, механической и термической обработке и характеризовать работоспособность изделий, выполненных из них. К физическим свойствам металлических материалов относят теплофизические, электрические др. свойства, измерение которых позволяет косвенно определить химический состав и идентифицировать структуру материалов объектов исследования, так как между изменением химического состава и структуры материалов и изменением их физических свойств существует определенная связь. Физические свойства материалов определяют с помощью теплофизических и электрических методов контроля и анализа. К особенностям техники исследования физических свойств следует отнести возможность непрерывного и автоматического измерения и регистрации изменения значений физических величин, в том числе и при быстроизменяющихся температурных условиях нагрева или охлаждения. Механические свойства определяют в результате механических испытаний, которые основаны на выявлении способности материала к деформированию и определению пределов, до которых контролируемый образец способен выдержать нагрузку без разрушения в строго регламентированных условиях испытаний. Регламентацию условий испытаний, соответствующим определенным стандартам, обеспечивают выполнением условий геометрического подобия (форма и размеры контролируемых образцов), условий механического подобия (схема и скорость приложения нагрузок) и условий физического подобия (внешние условия испытаний – температура и состав окружающей среды). Испытания проводят, как правило, на нескольких образцах и определяют среднее значение контролируемой физической величины. В исследовательской и производственной практике наибольшее применение находят статические и динамические испытания. В отличие от динамических испытаний при статических испытаниях нагрузка возрастает медленно и плавно в течение продолжительного периода времени вплоть до разрушения образца. К статическим испытаниям относят испытания на растяжение, использующиеся при определении прочностных свойств (прочность – свойство металлов и сплавов не разрушаясь воспринимать механическую нагрузку) и пластических свойств (пластичность – свойство металлов и сплавов под действием нагрузки не разрушаясь изменять свою форму и размеры). Испытания на растяжение проводят на испытательных разрывных машинах механического или гидравлического типа, записывающих диаграмму растяжения. Плоские и цилиндрические образцы стандартизованной формы устанавливают в захватные устройства машины и растягивают до разрушения при определенной скорости раздвижения захватов. Величина пластической деформации образца зависит от материала. Хрупкие материалы, в отличие от пластичных материалов, обладают незначительной пластической деформацией и растягиваются незначительно. Величину приложенного усилия в любой момент времени определяют силоизмерительным устройством испытательной машины, а величину удлинения образца определяют прямым измерением непосредственно на образцах. При испытании на растяжения определяют модуль упругости (модуль Юнга), характеристики прочности: физический и условный пределы текучести и временное сопротивление (предел прочности) и характеристики пластичности: относительное удлинение и относительное сужение. При динамических испытаниях нагрузка возрастает мгновенно и действует в течение короткого периода времени (доли секунды). К ним относят испытания на ударный изгиб, применяемые при определении сопротивления хрупкому разрушению металлов и сплавов (хрупкость – свойство металлов и сплавов разрушаться, не претерпевая заметной пластической деформации). Испытания на ударный изгиб проводят с использованием маятниковых копров и стандартизованных образцов прямоугольной формы, в которых выполнены надрезы (концентраторы напряжений) для увеличения чувствительности метода. В отличие от испытаний на растяжение, испытания на ударный изгиб, как правило, соответствуют реальным условиям эксплуатации. Ударная нагрузка и концентратор напряжения устраняют появление сдвигающих напряжений и способствуют хрупкому разрушению, при котором металл с достаточно высокой статической прочностью разрушается при малых ударных нагрузках. При испытании определяют работу удара, затраченную на разрушение образца, и ударную вязкость, как удельную работу разрушения образца при различных формах надреза. К особому виду механических испытаний относят испытания на твердость (твердость - характеризует сопротивление металлического материала местной пластической деформации, которая имеет место при вдавливании наконечника в поверхностный слой материала). Испытания на твердость осуществляют несколькими способами, различающимися по характеру воздействия твердого наконечника (индентора). В качестве наконечника используются шарики, пирамиды, конусы, выполненные из малодеформирующихся материалов (закаленная сталь, твердый сплав, алмаз). При измерении твердости вдавливанием пластическую деформацию испытывают не только пластичные металлы, но и металлы, которые при обычных механических испытаниях разрушаются хрупко. Твердость и предел прочности материала, как правило, пропорциональны, т.к. в том и в другом случае возникает местная пластическая деформация. Поэтому испытания на твердость можно считать одним из видов оценки прочности. По сравнению с испытаниями на растяжение и ударный изгиб испытание на твердость не требует специальных образцов, и выполняются на изделиях, в которых достаточно обработать напильником небольшой участок для создания горизонтальной площадки, являются менее трудоемкими и более производительными. Поэтому испытания на твердость могут быть использованы для оценки и идентификации различных структурных составляющих и фаз, так как изменение твердости может быть связано с изменением химического состава и структуры и служит объективным средством контроля качества сварных соединений, механической и термической обработки материала. Испытания на твердость разделяют по способу приложения нагрузки на статические испытания (нагрузка прикладывается плавно и постепенно) и динамические испытания (индентор воздействует на контролируемый образец с определенной кинетической энергией), а по величине прикладываемой нагрузки на испытания на макротвердость (твердость) и испытания на микротвердость. Испытания проводят с использованием приборов - твердомеров. Наибольшее применение нашли статические испытаниям на твердость (при статическом нагружении). К ним относятся испытания на твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. При испытании на твердость по Бринеллю шарик в течение установленного времени вдавливается с определенной силой в испытуемый образец. В результате на поверхности объекта образуется отпечаток в виде полусферы с определенным диаметром и глубиной. Числа твердости (НВ) оцениваются по справочным таблицам в зависимости от диаметра отпечатка, диаметра шарика и величины нагрузки. Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют среднее двух измерений. Между числом твердости и пределом прочности различных металлов существует зависимость. При испытаниях на твердость по Виккерсу в качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида, которая дает отпечаток в форме квадрата. Измерение алмазной пирамидой дает более точные значения твердости, чем измерения шариком или конусом, так как пирамида имеет большой угол при вершине и диагональ отпечатка во много раз больше глубины. Метод особенно пригоден для определения твердости тонких, твердых и хрупких металлов или поверхностных слоев. Зная средний диаметр диагоналей отпечатка и нагрузку по справочным таблицам определяют число твердости (НV). При испытаниях твердости по Роквеллу в качестве индентора используется алмазный конус и стальной шарик. Индентор вдавливается в образец под давлением двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной и общей, равной сумме предварительной и основной. Глубина предварительного вдавливания служит началом отсчета, а твердость определяют по разности между глубиной отпечатка, полученной под действием общей нагрузки, но измеренной после снятия основной нагрузки, и глубиной вдавливания от предварительной нагрузки. Полученную разность вычитают из произвольно выбранной максимальной глубины вдавливания. Известны три шкалы твердости: HRA и HRC (индентор - конус), HRB (индентор - шарик). Числа твердости определяются непосредственно по стрелочному прибору, что проще и менее трудоемко, чем при определении твердости по Бринеллю и Виккерсу, так как не надо определять размеры отпечатка. К тому же при испытании по Роквеллу можно изменять нагрузку в широких пределах, так как при вдавливании конуса сохраняется закон подобия, а условия деформации под вершиной конуса с увеличением давления не изменяются. Поэтому испытания по Роквеллу проводят как на пластичных материалах, так и твердых материалах. Этот метод получил наибольше применение. Для изучения механических свойств необходимо знать не только «усредненную» твердость, представляющую твердость в результате суммарного влияния присутствующих в сплаве фаз и структурных составляющих, но и микротвердость отдельных фаз, включений и тонких слоев. При измерении микротвердости используют приборы - микротвердомеры салмазным наконечником в виде трех или четырехгранной пирамиды. Микротвердость определяется по методу Виккерса при нагрузке до 5 Н по средней длине диагоналей отпечатка. Исследуемая поверхность образца предварительно шлифуется, полируется и протравливается (изготавливают микрошлиф). Твердомеры оснащены окулярным микрометром, обеспечивающим возможность не только измерять отпечаток, но и фотографировать микроструктуру с полученными отпечатками. Микротвердость обозначается Н или Нμ. В настоящее время широкое применение в производственной практике получили портативные цифровые приборы измерения твердости, основанные на использовании акустических, и вихретоковых методов. Эти методы позволяют установить корреляционную связь между механическими свойствами и структурно-чувствительными акустическими, электрическими и др. характеристиками исследуемых материалов. Выбор метода определяется необходимым объемом и точность контроля. Применение методов неразрушающего контроля физико-механических свойств обеспечивает автоматизацию исследований без приготовления специальных образцов. Термообработка металла является важной частью производственного процесса в цветной и чёрной металлургии. После этой процедуры материалы приобретают необходимые характеристики. Термообработку использовали довольно давно, но она была несовершенна. Современные методы позволяют достичь лучших результатов с меньшими затратами, и снизить стоимость. Особенности термической обработки Для придания нужных свойств металлической детали она подвергается термической обработке. Во время этого процесса происходит структурное изменение материала. Металлические изделия, используемые в хозяйстве, должны быть устойчивыми к внешнему воздействию. Чтобы этого достичь, металл необходимо усилить при помощи воздействия высокой температуры. Такая обработка меняет форму кристаллической решётки, минимизирует внутреннее напряжение и улучшает его свойства. Виды термической обработки стали Термообработка стали сводится к трём этапам: нагреву, выдержке и быстрому охлаждению. Существует несколько видов этого процесса, но основные этапы у них остаются одинаковыми. Выделяют такие виды термической обработки:
Отжиг Это производственный процесс нагрева металла до заданной температуры, а затем медленного охлаждения, которое происходит естественным путём. В результате этой процедуры устраняется неоднородность металла, снижается внутреннее напряжение, и уменьшается твёрдость сплава, что значительно облегчает его переработку. Существует два вида отжига: первого и второго рода. При отжиге первого рода фазовое состояние сплава изменяется незначительно. У него есть разновидности:
При отжиге первого рода фазовое состояние сплава изменяется незначительно. У него есть разновидности:
При отжиге первого рода фазовое состояние сплава изменяется незначительно. У него есть разновидности:
В зависимости от температуры различают такие виды отпуска: низкий, средний, высокий. Для точного определения температуры используют таблицу цветов. Плёнка окислов железа придаёт металлу разные цвета. Она появляется, если изделие очистить от окалин и нагреть до 210 °C, при повышении температуры толщина плёнки увеличивается. При низком отпуске (температура до 300 °C) в составе сплава остаётся мартенсит, который изменяет структуру материала. Кроме того, выделяется карбид железа. Это увеличивает вязкость стали и уменьшает её твёрдость. При низком отпуске металл охлаждают в соляных и масляных ваннах. Высокий отпуск значительно улучшает механические свойства стали, увеличивает вязкость, пластичность, прочность. Её широко используют для изготовления рессор, шатунов двигателей, кузнечных штампов, осей автомобилей. Для мелкозернистой легированной стали отпуск проводят сразу после нормализации. Чтобы увеличить обрабатываемость металла, его нормализацию производят при высокой температуре (970 °C), что повышает его твёрдость. Для уменьшения этого параметра делают высокий отпуск. Криогенная обработка Изменения структуры металла можно добиться не только высокой температурой, но и низкой. Обработка сплава при температуре ниже 0 °C широко применяется в разных отраслях производства. Процесс происходит при температуре 195 °C. Плюсы криогенной обработки:
Получаемые на заводе изделия должны соответствовать требованиям, указанным в технических условиях на их изготовление. Основная часть этих условий оговаривается в чертеже поковки. В технических условиях указывают размеры и форму поковки, качество поверхности и материала, способ очистки поверхности поковки от окалины, недопустимость и допустимую толщину окалиныдопустимую глубину залегания местных поверхностных деффектов (рисок, волосовин, плен, вмятин, забоин, зажимов и т.д.) и т.д. Технический контроль проводят в целях: предупреждение брака путем своевременной проверки и выявления недоброкачественных заготовок, неисправных или изношенных штампов; своевременное обнаружение деффектных и бракуемых поковок, а также изоляция их от основной массы годной продукции; систематический учет и технический анализ причин деффектов и брака В кузнечных цехах применяются три вида технического контроля: 1) контроль исходного материала и заготовок; 2) межоперационный контроль; 3) окончательный контроль. В задачу окончательного контроля входит главным образом не допускать выхода из цеха брака вместе с годной продукцией. К наиболее распространенным видам брака поковок относятся: 1. Брак по исходному металлу: риски, волосовины, закаты, плены, флокены, трещины, шлаковые включения, несоответствие марки или химического состава и несоответствие размеров исходного металла; 2. Брак по заготовкам: грубый срез или скол, заусенец, торцовые трещины, несоответствие размеров или веса заготовок; 3. Брак по нагреву: недогрев, перегрев, пережог и окалина; Брак по ковке-штамповке: отклонения от размеров, забоины и всевозможные искажения формы (недоштамповка, незаполнение формы, сдвиг по разъему, зажим, вмятины от окалины, остатки заусенца, кривизна и т. д.); 4. Брак по термической обработке: пестрота твердости и закалочные трещины; 5. Брак по очистке: остатки окалины, перетравка, рябина и забой в барабанах; Технический контроль осуществляется соответствующим аппаратом технического контроля предприятия, в состав которого входят: 1. Отдел технического контроля (ОТК) с пототделами по учету и анализу брака и по обслуживанию потребителей; Бюро технического контроля (БТК) по приемке материалов, полуфабрикатов и готовых изделий. В каждом цехе основного и вспомогательного контролера создается бюро Некоторые из дефектных поковок могут быть исправлены следующими способами. Заусенцы, волосовины, закаты и зажимы удаляют заточкой или выруб-кой. Незначительные незаполнение формы, вмятины, недоштамповка, а также сдвиги по разъему иногда легко исправляют перештамповкой. Искривления исправляют правкой, перегрев и пестрота твердости - повторной термической обработкой Торцовые, закалочные и другие трещины и расслоения, пережог, а также значительное незаполнение формы делают брак неисправимым. При выполнении задач технического контроля используют следующие средства. Химический состав металла проверяют лабораторным химическим анализом, спектральным анализом с помощью стилоскопов, стиломеров или спектроскопов, сравнительным анализом по искре, возникающей при соприкосновении металла с переносным абразивным кругом, и термоэлектрическим анализом. Размеры профиля проверяют мерительным инструментом, а поверхностные дефекты обнаруживают визуально. Контролируют также время нагрева заготовок, а при индукционном нагреве и потребляемую индуктором мощность. Температуру заготовок контролируют оптическими пирометрами и термопарами, размеры штампованных поковок - универсальными и специальными измерительными инструментами. Из универсальных инструментов применяют штангенциркули, штангенвысотомеры, штангенглубиномеры, индикаторные кронциркули, радиусомеры, щупы и др. Для всесторонних измерений первые и последние поковки, снимаемые со штампа, размечают на контрольной плите с применением поверочных призм, струбцинок и штангенрейсмуса. Для повышения эффективности контроля используют специальный инструмент - скобы, шаблоны, контрольные приспособления. Контрольные приспособления состоят из базирующего, зажимного и измерительного устройств. Их подразделяют на наладочные, показывающие фактические размеры поковок, и приемные, фиксирующие соответствие или несоответствие размеров поковки допуску. Контрольными приспособлениями можно сделать 300 - 1500 измерений в час. Контролируют также время нагрева заготовок, а при индукционном нагреве и потребляемую индуктором мощность. Температуру заготовок контролируют оптическими пирометрами и термопарами, размеры штампованных поковок - универсальными и специальными измерительными инструментами. Из универсальных инструментов применяют штангенциркули, штангенвысотомеры, штангенглубиномеры, индикаторные кронциркули, радиусомеры, щупы и др. Для всесторонних измерений первые и последние поковки, снимаемые со штампа, размечают на контрольной плите с применением поверочных призм, струбцинок и штангенрейсмуса. Для повышения эффективности контроля используют специальный инструмент - скобы, шаблоны, контрольные приспособления. Контрольные приспособления состоят из базирующего, зажимного и измерительного устройств. Их подразделяют на наладочные, показывающие фактические размеры поковок, и приемные, фиксирующие соответствие или несоответствие размеров поковки допуску. Контрольными приспособлениями можно сделать 300 - 1500 измерений в час. «Новый способ автоматизированного люминесцентного контроля обеспечивает съемку всех поверхностей детали, поиск дефектов, расчет их геометрических характеристик, классификацию и определение годности изделия согласно нормативной документации. Данный способ позволяет выявлять все типы дефектов, в том числе трещины, корольки, спаи и др. Применение этого метода контроля в технологическом производственном процессе повышает точность и достоверность получаемых результатов» |