Материалы

Методы неразрушающего контроля подразделяются на следующие виды:

• внешний контроль;
• контроль технологических режимов;
• физический (инструментальный) контроль.

Внешний контроль — это визуальный осмотр изделия (детали), сварного или иного соединения. Внешний контроль иногда проводят с помощью лупы или специального микроскопа. По внешнему осмотру определяют, прежде всего, качество отливки, поковки, проката

Контроль технологических режимов — это контроль соблюдения всех режимов производства полуфабрикатов (литья, проката, волочения, ковки, сварки, паяния, винтового и клепаного соединений и др.). В каждом производстве есть свои особенности технологических процессов, за которыми следят по приборам или проводят автоматический контроль или внешнее наблюдение

Физические {инструментальные) методы контроля основаны на применении переносных электронно-вычислительных (или шкальных) приборов, например,  при помощи которых  можно определить механические свойства сварного шва, крупногабаритного проката, отливок, емкостей без вырезки образцов, т.е. без разрушения.

Физические методы контроля позволяют определить как наружные, так и внутренние дефекты деталей, узлов, изделий и сооружений.

Каждый из физических методов имеет свои особенности и разновидности. Например, радиационный метод контроля имеет три разновидности:

• радиографический — позволяет выявлять и документально фиксировать дефекты;
• радиоскопический — позволяет выявлять дефекты и наблюдать за ними на экране монитора (прибора);
• радиометрический — основан на проникновении γ -излучений в исследуемый узел. В случае внутренних дефектов приборы фиксируют и дают показания на соответствующей шкале прибора.

Акустический метод контроля основан на звуковых или ультразвуковых колебаниях контролируемых участков. Этот метод также имеет несколько разновидностей.

Для контроля качества сварных соединений применяют также метод «красок», с помощью которого выявляют дефекты, не обнаруженные при внешнем осмотре.

Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод  и цементит.

Сплавы различают по назначению: конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные сплавы:

• стали
• чугуны
• дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например,            искробезопасность, антифрикционные свойства):

• бронзы
• латуни

Для заливки  подшипников:

• баббит

Для измерительной  и электронагревательной аппаратуры:

• манганин
• нихром

Для изготовления режущих инструментов:

• победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплав

Железоуглеродистый сплав кроме железа и углерода (постоянных компонентов) содержит полезные, вредные и постоянные (технологические) примеси, которые оказывают различные влияния на свойства конструкционных материалов.

Углерод в железоуглеродистом сплаве может находиться в виде карбида железа Fe₃C (цементита) либо в виде графита.

Он является основным сплавляемым компонентом, который специально вводят для увеличения прочности, твердости и улучшения технологических и эксплуатационных свойств конструкционных материалов. Влияние углерода на свойства конструкционных материалов зависит от состояния или взаимодействия его с железом, т.е. от образования той или иной структуры железоуглеродистого сплава.

Если при взаимодействии углерода с железом образуется цементит, то сплав будет иметь высокие твердость, хрупкость и практически не будет поддаваться обработке резанием.

Если углерод, взаимодействуя с железом, образует структуры механических смесей (перлита или феррита), то сплав будет иметь высокие механические и технологические свойства.

Кремний и марганец в железоуглеродистых сплавах являются полезными примесями. Кремний в сплав попадает частично из руды, а основная масса — в процессе плавки при раскислений сплава.

Раскисление — это процесс удаления вредных включений оксида железа (FeO) путем введения раскислителей (марганца, кремния и различных ферросплавов). Раскислители, соединяясь с оксидом железа, образуют шлаки, которые подлежат удалению. Незначительная часть раскислителей остается в железоуглеродистом сплаве. Как правило, раскислению подлежит большинство сталей и чугунов.

Кремний полностью растворяется в основной структуре сплава с образованием твердого раствора, повышает предел текучести, уменьшает хрупкость. Высокое содержание кремния (1... 2 %) придает стали упругость. Кроме того, кремний способствует преобразованию углерода из структуры цементита в свободный углерод в виде графита, уменьшая при этом твердость и хрупкость сплавов.

Марганец попадает в сплав при переработке марганцевых руд, а также в процессе раскисления. Марганец образует с железом твердый раствор, а также способствует образованию химического соединения, поэтому он повышает твердость, износостойкость, прочность. Высокое содержание марганца способствует образованию цементита, что приводит к повышению твердости и хрупкости сплава. Кроме того, марганец нейтрализует вредное влияние серы.

 

Кремний способствует графитизации чугуна. Изменяя его содержание и скорость охлаждения отливки, можно получить чугун различной структуры.

 

Марганец препятствует графитизации и нейтрализует вредное влияние серы, образуя с ней тугоплавкие соединения MnS.

 

Фосфор не оказывает существенного влияния на процесс графитизации. При повышенном содержании фосфора в структуре чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики, которая повышает его литейные свойства.

 

Сера является вредной примесью. Она обусловливает ухудшение литейных свойств чугуна, увеличение усадки, повышение склонности к трещинообразованию, снижение температуры красноломкости чугуна.

Кроме того, в незначительных количествах встречаются различные металлы (олово, цинк, сурьма, свинец, никель, медь хром и др.) — случайные примеси. Эти группы металлов попадают как из руд, так и из перерабатываемого при металлургическом процессе стального лома. Все эти случайные примеси являются неизбежным следствием технологического процесса, т.е. специально не добавляются. В связи с этим получаемые стали с незначительной массовой долей никеля, меди, хрома и других металлов не рассматривают как легированные стали.

Кроме естественных, постоянных, скрытых и случайных химических элементов в железоуглеродистый сплав (особенно в сталь) вводят специальные химические элементы с целью изменения микроструктуры сплава, физико-химических и других свойств. Специально вводимые химические элементы называют легирующими элементами, а сплавы, полученные на их основе, — легированными сплавами (сталями и чугунами). В качестве легирующих элементов вводят алюминий, ванадий, вольфрам, молибден, медь, кобальт, кремний, никель, тантал, титан, хром и др.

Государственные стандарты строго регламентируют массовую долю полезных и вредных примесей в железоуглеродистых сплавах.

 

Чугу́н — сплав железа с углеродом (содержанием обычно более 2,14 %), характеризующийся эвтектическим превращением. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.

 В зависимости от формы  графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны.

Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях  также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

Виды чугуна

• Белый чугун

В белом чугуне весь углерод находится  в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

• Серый чугун

Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В  структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчза наличия графита имеет серый цвет.

• Ковкий чугун

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.

• Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в  своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую  основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

• Половинчатый чугун

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Классификация

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется

• доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода),
• эвтектическим (4,3 %)
• заэвтектическим (4,3-6,67 %).

Состав сплава влияет на структуру  материала.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

передельный чугун — П1, П2;

передельный чугун для отливок  — ПЛ1, ПЛ2,

передельный фосфористый чугун  — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

передельный высококачественный чугун  — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

чугун с пластинчатым графитом —  СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

антифрикционный чугун 

антифрикционный серый — АЧС,

антифрикционный высокопрочный —  АЧВ,

антифрикционный ковкий — АЧК;

чугун с шаровидным графитом для  отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние(%);

чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

 

Инструментальная углеродистая сталь маркируется буквой «У» и цифрами, показывающими содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8 и т. д. Инструментальная углеродистая сталь высококачественная отмечается в конце марки буквой «А» (У8А, У10А и т. д.).

В легированных инструментальных сталях и сталях с особыми свойствами содержание углерода в десятых долях процента обозначается одной цифрой, например 9ХС, 4ХВ2С и т. д. Отсутствие цифры впереди марки указывает, что углерода в стали содержится более одного процента (Х12М содержит углерода 1,45—1,70%). При содержании углерода в стали менее 0,08% впереди марки ставится 0 (0Х10Н20Т2), а когда углерода менее 0,04%, впереди марки ставится 00 (например, сталь 00Х18Н10).

. По назначению инструментальные  стали делятся на шесть групп:

1) режущие углеродистые и легированные  стали; 

2) быстрорежущие стали;

3) штамповые стали для холодного  деформирования;

 4) штамповые стали для горячего деформирования;

5) стали измерительного инструмента; 

6) режущие и штамповые стали,  устойчивые против коррозии.

Стали для режущего инструмента  характеризуются высокой износостойкостью и твердостью, не снижающимися при  высоких температурах (теплостойкость), имеют достаточную вязкость.

Стали для измерительного инструмента  должны обладать высокой твердостью, износоустойчивостью и стабильностью  размеров, а также хорошей обрабатываемостью  и малой чувствительностью к  перегреву.

У7, У7А — зубила, обжимки, гладилки, кувалды, молотки, отвертки, кузнечные штампы, ножницы для резки жести, буравы по мягким породам и др.

У8, У8А — матрицы простой формы, пробойники, ножницы и пилы для  мягкого металла и дерева, лезвия, ножи, бурова, губки тисков, зубил для угля и обтески камня и пр.

У9, У9А — сегменты и вкладыши для режущего аппарата уборочных  машин, дыропробивные штемпеля, кернера, инструменты для обработки дерева.

У10, У11, У10А, У ПА — сверла, метчики, развертки, плашки, резцы, фрезы, ножовочные полотна.

У12, У13, У12А, У13А — резцы, напильники, шабера, развертки, калибры, сверла, граверные  инструменты и пр.

Легированная инструментальная сталь  поставляется горячекатаной, кованой, калиброванной, холоднокатаной и шлифованной (серебрянка). Марки сталей для режущего и измерительного инструмента, их свойства, температурный интервал

11X — метчики и другой режущий  инструмент диаметром до 30 мм, закаливаемый  в горячих средах.

13Х —  бритвенные ножи и лезвия, острый  хирургический инструмент, шабера, гравировальный инструмент.

ХВ5 — резцы, фрезы для обработки твердых  металлов на малых скоростях, гравировальные резцы.

В1 — метчики, спиральные сверла, развертки и т. п.

Ф — штампы для чеканки монет, ударный инструмент для холодного изготовления болтов, гаек, заклепок.

X — зубила  для насечки напильников, токарные, строгальные и долбежные резцы," кулачки, эксцентрики, пальцы, от  которых требуется высокая твердость  и износоустойчивость поверхности.

9ХС —  фрезы, сверла, развертки, метчики,  плашки и гребенки.

ХВСГ, ХВГ, 9ХВГ — измерительные и режущие инструменты, не допускающие коробления при закалке, резьбовые калибры, протяжки, длинные метчики, плашки, развертки и др.

9Х5Ф, 9ХВФ, 8Х4В4Ф1  — ножи для фрезерования древесины,  фрезы, пилы и другой деревообрабатывающий инструмент.