КОНТРОЛЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ отливок

Контроль отливок нагружением предполагает применение нагрузок, превьппающих эксплуатационные, но меньших по величине, чем разрушающие. Этот вид контроля применяется для проверки качества силовых пневматических и гидравлических цилиндров, газовых баллонов, литых деталей подъемно-транспортных устройств и т.д. Контроль нагружением не приводит к разрушению годных otjhibok, однако в ряде случаев способен вызвать ухудшение их эксплуатационных свойств.

Применение методов неразрушающего контроля не оказывает отрицательного влияния на свойства отливок. Их применяют для обнаружения дефектов типа нарушений сплошности, контроля размеров, оценки химического состава, структуры и свойств отливок.

12.2. КОНТРОЛЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ОТЛИВОК

Анализ состава сплавов проводится химическими методами и методами эмиссионного спектрального анализа.

К химическим методам анализа общего состава сплавов относятся методы аналитической химии (гравиметрические, титрометри-ческие, кинетические), а также современные спектрометрические и электрохимические методы. Все методики определения содержания легирующих элементов и примесей в литейных сплавах регламентированы стандартами. Вследствие высокой точности и стабильности химические методы являются арбитражными. Их основной недостаток - длительность и трудоемкость анализов.

Методы эмиссионного спектрального анализа общего химического состава сплавов основаны на анализе видимой и ультрафиолетовой частей спектра излучения, возбуждаемого атомами контролируемого сплава. Эмиссионный спектральный анализ сплавов делят на качественный, полуколичественный и количественный.

Количественный анализ обеспечивает наибольшую точность определения содержания легирующих элементов и примесей. При неавтоматизированном анализе содержание элементов определяют с помощью микрофотометров по степени почернения на фотопластинке линий спектра излучения исследуемого сплава. Автоматизированная аппаратура снабжена фотоэлектрическими приемниками излучения и обеспечивает высокую производительность. Например, квантометр ДФС-ЮМ позволяет определить содержание одиннадцати элементов в сплаве за 6 - 8 мин. Методики эмиссионного спектрального анализа, общего химического состава литейных сплавов регламентированы соответствующими стандартами (ГОСТ 9716.1 - 79, ГОСТ 9716.2 - 79, ГОСТ 12560.2 - 78). Наряду с указанными методами

при определении общего химического состава сплавов пользуются методами рентгеноспек-трального и атомно-абсорбционного анализов [6].

В литейном производстве для непосредственного контроля и анализа структуры отливок применяют известные методы качественной и количественной металлографии. Объектами исследований служат изломы, макро- и микрошлифы. Внешний вид излома позволяет оценить характер разрушения, размеры зерна, а также наличие неметаллических включений и других дефектов типа нарушения сплошности стшава.

Макроанализ проводят путем визуального осмотра поверхности темплетов, вырезанных из заранее определенных участков отливки или слитка. При необходимости темплеты подвергают глубокому поверхностному травлению, выявляющему структуру сплава. В результате макроанализа определяют особенности структуры сплава, наличие дефектов типа нарушения сплошности и химической неоднородности. Внешний вид темплетов, предварительно выдержанных в камере с кор-розионно-акгивной средой, позволяет оценить загрязненность сплава флюсовыми включениями.

Анализ микроструктуры сплавов проводится на шлифах, вырезанных из отливок. В результате микроанализа определяют размер и форму зерна, форму и характер распределения фазовых составляющих и другие качественные и количественные характерисгаки микроструктуры, влияющие на свойства отливок. Микроструктурный анализ проводится с помощью оптических отражательных и электронных микроскопов.

Оптические микроскопы типов МИМ, ММР, ММУ, Неофот и др. обеспечивают ррешающую способность изображений до 0,2 мкм и эффективное увеличение до 1000 раз. При необходимости анализа микроструктуры сплавов с увеличением более 1000 раз применяют просвечивающие и растровые электронные ми1фоскопы.

Для определения состава фаз микроструктуры сплавов используют рентгеноспек-тральный микроанализ. Современные микрозонды фирм Хитачи*, Камека , Геоскан и др. позволяют анализировать содержание в микроструктуре сплава химических элементов от бериллия до урана на площади шлифа диаметром до 1 мкм. Практический предел чувствительности составляет 0,01 - 0,05 % при относительной точности анализа до 1 %.

В практике анализа структур сплавов все более широкое распространение получают автоматизированные анализаторы изображений, существенно повышающие производительность и надежность контроля (рис. 12.1).

J

Рис. 12л. Схема автоматизиро

анализатора изображений:

1 - изображение структуры сплава; 2 - телевизионная камера; 3 - преобразователь ситналов; 4 - монитор; 5 - микроэвм; 6 - выход на печатающее устройство или дисплей ЭВМ

Для оценки уровня остаточных напряжений в отливке используют методы рентгено-струкгурного анализа. Величина остаточных напряжений определяется по измерениям межплоскостных расстояний, вызванных деформацией кристаллической решетки. В практике рештеноструктурного анализа наиболее распространены отечественные дифрактометры типа ДРОН [3, 4].

Методы контроля структуры литейных сплавов регламентированы стандартами, а также внутризаводскими инструкциями.

12.3. КОНТРОЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

К основным методам непосредственного определения механических свойств отливок относятся испытания на растяжение, изгиб, сжатие, кручение, а также методы определения твердости, ударной вязкости, предела выносливости. Методики перечисленных испытаний и требования к образцам регламентированы стандартами. Номенклатура показателей механических свойств в каждом конкретном случае определяется ТУ на отливку.

Анализируя результаты механических испытаний, необходимо учитывать тип используемых образцов. Наиболее объективные свойства отливки получают испытанием вырезанных из нее образцов. Однако при изготовлении вырезанных образцов обьгшо удаляются поверхностные слои отливки, что может привести к получению заниженных результатов.

ОбразщхГ, прилитые к отливке, имеют с ней общую литниковую систему и, следоза-тельно, идентичный химический состав. Однако вследствие различия скоростей охлаждения структуры прилитого образца и отливки Moiyr заметно отличаться и влиять на результаты механических испьгганий.

Отдельные отлитые образщхг представляют собой специально сконструированные отливки, получаемые с помощью индивидуальных литниковых систем (рис. 12.2). В силу возможных различий состава и структуры результаты испытаний таких образцов могут лишь ориентировочно характеризовать механические свойства конкретных отливок.

Рис. 12.2. Эскизы отдельно отлитых образцов дм механических испытаний при литье:

а - в песчаные формы; б - в кокиль; в - под давлением

12.4. КОНТРОЛЬ РАЗМЕРОВ ОТЛИВОК и КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ

Контроль размеров отливок проводится путем измерения фактических размеров и определения их соответствия предельным размерам, допускаемым стандартами. Для определения фактических размеров отливок используют стандартный измерительный инструмент: линейки, штангенинструмент, угломеры и др. Этот способ контроля размеров отличается невысокой производительностью и применяется в основном в единичном и мелкосерийном производстве.

В условиях крупносерийного и массового производства необходимая производительность контроля размеров отливок обеспечивается в результате использования шаблонов, калибров, а также механизированной оснастки различной конструкции. В таких случаях контроль значений фактических размеров заменяется проверкой их соответствия предельно допускаемым размерам.

Для контроля формы отливки и размеров, которые невозможно замерить непосредственно, применяют плоскостную и пространственную разметку. С целью повышения производительности контроля рекомендуется пользоваться контрольно-разметочными машинами, снабженными электронной индексацией. Информацию, полученную в результате разметки, используют для проверки правильности изготовления модельной оснастки и оценки степени ее изнашивания при длительной эксплуатации.

В ряде случаев при контроле размеров отливок находят применение акустические и радиахщонные методы неразрушающего контроля.

Качество поверхности отливок характеризуется величиной шероховатости и наличием поверхностных дефектов металлургического происхождения. Цоверхностные дефекты типа пригара, плен, спаев, заливов и ужимин легко обнаруживаются при визуальном осмотре отливок.

Шероховатость поверхности отливок определяют методами и аппаратурой, традиционно применяемыми в машиностроении: эталонные образцы, методы светового сечения, теневой проекции, растровой микроскопии, ощупывающие профилометры и профилогра-фы.

12.5. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

отливок

Область применения. В литейном производстве применяют следующие методы неразрушающего контроля: визуально-оптический, акустический, радиационный, магнитный, вихретоковый и контроль проникающими веществами. Для повьппения эффективности применения неразрушающего контроля важно знать связь его результатов с эксплуатационными свойствами отливок.

При выборе методов неразрушающего контроля необходимо учитьшать их возможности выявления типов дефектов отливок (табл. 12.3). Кроме того, следует учитывать физические свойства сплава, конструктщю отливки, состояние ее поверхности, ТУ на литую деталь, а также технико-экономические показатели контроля.

Область применения неразрушающего контроля отливок постоянно расширяется. Экономическая эффективность неразрушающего контроля обусловлена тем, что он позволяет выявить дефекты отливок на ранней стадии их изготовления, а также сократить потери, связанные С разрушающим контролем и достигающие в литейных цехах 20 - 25% от объема партии отливок.

Визуально-оптический контроль. Визуальный контроль отливок начинают сразу после их извлечения из литейных форм и неоднократно повторяют после каждой финишной операции. В результате визуального контроля отливки обнаруживают явные нарушения ее геометрии, дефекты поверхности типа пригара, ужимин, а также видимые невооруженным глазом дефекты типа нарушения сплошности. Контроль поверхностей отливки, не доступных прямому наблюдению, проводят с использованием эндоскопов различных конструкций, в том числе и телевизионных [4, 8].

Для обнаружения мелких поверхностных дефектов в ряде случаев используют лупы и оптические микроскопы, создающие увеличение до 50, что повышает разрешающую способность визуального контроля. Однако применение оттгических приборов уменьшает площадь наблюдения и глубину резкости. Это приводит к уменьшению производительности контроля, быстрой утомляемости контролера и, как следствие, к повышению вероятности пропуска недопустимых дефектов. Поэтому плохо различимые невооруженным глазом поверхностные дефекты отливок рекомендуется выявлять методами капиллярного, магнитного, вихретокового или акустического контроля.

Радиационный контроль. Все известные методы радиационной дефектоскопии основаны на регистрации интенсивности ионизирующего излучения, прошедшего через контролируемую отливку. Их применяют для обнаружения внутренних дефектов типа нарушения сплошности сплава, а также для контроля размеров, если прямые методы оказываются неэффективны. Контроль отливок проводят с использованием рентгеновского, гамма-излучения и потока нейтронов.

Рентгеновские трубки с горячим катодом являются основным источником рентгеновского излучения при контроле отливок. Тормозное излучение рентгеновских трубок имеет сплопщой спектр, максимум интенсивности которого смещается в область жесткого излучения при увеличении анодного напряжения. В табл. 12.4 приведены основные характеристики стационарных рентгеновских аппаратов, применяемых для контроля отливок.

В импульсных рентгеновсютх аппаратах типа РИНА или ИРА используются рентгеновские трубки, работающие по принципу вакуумного пробоя. Аппараты отличаются небольшими размерами и массой до 30 кг. Их общим недостатком является невысокая чувствительность и малый срок службы рентгеновских импульсных трубок.

Для получения жесткого тормозного излучения наряду с мощными рентгеновскими трубками находят применение циклические и линейные ускорители электронов [4]. Энергия их излучения позволяет контролировать отливки из стали толщиной до 500 мм, из титана до 900 мм и из алюминия до 1000 мм при высоком качестве изображения.

Основными источниками гамма-излучения в дефектоскопии являются искусственные радиоактивные изотопы. В табл. 12.5 приведены рекомендации по использованию различных изотопов в зависимости от толщины стальной отливки.