1.1. Гама дефектоскопія

Для контролю виробів великих товщин застосовують просвічування γ-променями. Гамма-дефектоскопія дозволяє, наприклад, виявити дефекти в сталевих виробах товщиною до 300 мм

По своїй природі γ – промені подібні з рентгенівськими променями, але відрізняються від них більшою твердістю. Джерелами γ променів є радіоактивні ізотопи Для γ дефектоскопії використовують в основному штучні радіоактивні ізотопи кобальту ⁶⁰Co і іридію ¹⁹²Ir з періодами напіврозпаду, що характеризують тривалість використовуваного випромінювання, 5,3 роки і 75 днів, відповідно. Гранична товщина просвічування стали для ⁶⁰Co складає 250— 300 мм, а для ¹⁹²Ir — 50—60 мм. Застосування ¹⁹²Ir забезпечує більш високу чутливість, чим ⁶⁰Co, що зв'язано з меншою твердістю випромінювання.

Для виявлення дефектів просвічуванням γ променями джерело випромінювання встановлюють перед деталлю на визначеній відстані. За деталлю розташовують пристрій, що реєструє, інтенсивність випромінювання γ променів, що пройшли через деталь, яке реєструється індикатором інтенсивності. На ділянках з порушенням суцільності металу γ промені, проходячи через метал, послабляються менше, що і дозволяє виявити дефекти.

Для просвічування γ променями не потрібно громіздкої апаратури, необхідної у випадку рентгенівської дефектоскопії. Просвічування  променями можна провести у важкодоступних ділянках деталей, там, де рентгенівськими променями здійснити чи неможливо важко.

Для -дефектоскопічного контролю використовують дефектоскопи шлангового типу Гаммарид23, Гаммарид 20, гама -дефектоскоп РК-2 і ін.

2. Термічний та дилатометричний методи визначення температур фазових перетворень

Термічний аналіз. Процеси внутрішніх перетворень у металах і сплавах супроводжуються тепловими ефектами — чи виділенням поглинанням тепла.

Т ермічний аналіз застосовується для визначення критичних крапок — температур, при яких у чи металах сплавах відбуваються ці перетворення. При термічному аналізі в процесі нагрівання чи охолодження реєструють зміну температури металу в часі, записують криві нагрівання чи охолодження (термограми) і будують діаграми стану сплавів. Уперше звернув увагу на зв'язок між характером зміни температури сталі і внутрішніх перетворень, що відбуваються в ній, що видається росіянин учений Д. К. Чернов. Не маючи приладу для виміру температури, Д. К. Чернов спостерігав за зміною кольору розжарювання стали при нагріванні й охолодженні неозброєним оком. Він знайшов, що при охолодженні розпеченої сталі, коли колір її розжарювання стає темно-вишневим, зненацька відбувається додатковий розігрів, про що можна судити по спалаху кольору стали — він стає яскравіше і світліше, Д. К. Чернов зв'язав тепловий ефект виділення, що спостерігається, тепла при охолодженні з внутрішнім перетворенням у сталі. Вивчення даного явища привело до відкриття Д. К- Черновим у 1868 р. критичних крапок стали. Для термічного аналізу використовують термоелектричні пірометри, що складаються з термопари й електровимірювального приладу — чи мілівольтметра потенціометра.

Термопара являє собою два різнорідних металевих провідники (термоелектроду) 1 і 2 (мал. 2.12.). Одні кінці цих провідників зварені (спаяні) у крапці 3. Це так називаний гарячий спай термопари, його поміщають у середовище, температуру якого визначають. Вільні, чи «холодні» кінці термопари, що мають температуру навколишнього середовища (звичайно 20°С), підключають до приладів за допомогою компенсаційних (подовжувальних) проводів 4 і 5.

Принцип роботи термопари полягає в наступному. Якщо кінці різнорідних металевих провідників замкнуті, а температура гарячого спаю вище, ніж холодного спаю, то в замкнутому електричному ланцюзі виникає термоелектрорушійна сила (ТЕРС), що зростає з підвищенням температури нагрівання гарячого спаю.

Холодні кінці термопари підключені до вимірювального приладу — до мілівольтметра 6.

Мілівольтметр — це прилад магнітоелектричної системи. Принцип роботи мілівольтметра заснований на взаємодії електричного поля, створюваного термострумом, що проходить через вимірювальну котушку, з'єднану з термопарою, з магнітним полем постійного магніту. Котушка намотана на рухливу рамку приладу і знаходиться між полюсами постійного магніту. При проходженні через котушку термоструму рамка разом з котушкою повертається на визначений кут, пропорційний минаючому термоструму. Сила цього струму за умови постійного опору ланцюга буде залежати тільки від ТЕРС. У підсумку кут повороту рамки, а разом з тим і прикріпленої до неї стрілки приладу, буде прямо пропорційний ТЕРС, що розвивається термопарою. Чим вище температура гарячого спаю, тим більше кут відхилення стрілки мілівольтметра.

У залежності від діапазону вимірюваних температур застосовують різні термопари. Найбільше часто використовують термопари з наступним сполученням матеріалів термоелектродів:

плапшнородій (сплав 90% платини + 10% родію) — платина, промислове позначення градуюрування термопари ПП1, інтервал вимірюваних температур 0—1300°С,

хромель (10% хрому + 90% нікелю) та алюмель (95% нікелю + 4-2% марганцю + 2% алюмінію + 1% кремнію), промислове позначення градуюрування ХА, інтервал вимірюваних температур від —50 до 1000°С.

Для виміру температур до 600 °С використовують термопари зі сполученням сплавів хромель—копель (ХК). Для ізоляції дротів термопари однієї від іншої на них надягають порцелянові трубки, а для захисту від механічних ушкоджень термопару поміщають у кварцову чи порцелянову внутрішню і сталеву зовнішню трубки.

Для виміру температури при термічному аналізі використовують також потенціометри. Принцип роботи потенціометра заснований на тім, що ТЕРС, що розвивається термопарою, врівноважується (компенсується) зі спеціального джерела харчування в приладі. ТЕРС вимірюють у той момент, коли струм у ланцюзі відсутній. У цьому випадку опір зовнішнього ланцюга не впливає на показання приладу. Потенціометри в порівнянні з мілівольтметрами забезпечують більш високу точність виміру температури.

У термічному аналізі часто використовують переносної потенціометр ПП-63. По показанню потенціометра визначають ТЕРС, що розвивається термопарою. За допомогою стандартних градуювальних таблиць для відповідної термопари за значенням ТЕРС знаходять температуру і з урахуванням виправлення на дійсну температуру холодних кінців термопари визначають дійсну температуру досліджуваного об'єкта.

Застосовуються також автоматичні записуючі потенціометри (ЭПП09, ЭПП09М). Для запису перетворень, що відбуваються дуже швидко (наприклад, при загартуванні стали) використовують прилади з малою інерцією — осцилографи.

Метод простого (звичайного) термічного аналізу. При визначенні температури плавлення чи кристалізації в тигель з розплавленим металом уводять гарячий спай термопари, ізольований від безпосереднього контакту з цим металом. Для вивчення перетворень у твердому стані гарячий спай термопари вводять у спеціально просвердлений отвір у зразку, що піддається нагріванню. Холодні кінці термопари за допомогою компенсаційних проводів приєднують До вимірювального приладу. Через визначені проміжки часу записують показання приладу. За отриманими результатами будують криві, відкладаючи по осі абсцис час, по осі ординат — температуру. При використанні відповідного приладу можна одержати таку криву шляхом автоматичного запису. Перегини і зупинки на кривих указують на температуру критичних крапок.

На точність визначення критичних крапок впливає величина теплового ефекту, що супроводжує перетворення. Якщо цей ефект малий, то аномалії на кривих, побудованих у координатах температура— час, стають мало помітними, що чи утрудняє іноді унеможливлює визначення критичних крапок. Це насамперед відноситься до перетворень у твердому стані, що супроводжуються чи виділенням поглинанням невеликої кількості тепла.

Метод диференціального термічного аналізу. Цей метод є більш чутливим для визначення температури чи інтервалу температур перетворень, що протікають у твердому стані і супроводжуються малими тепловими ефектами.

При диференціальному термічному аналізі виробляється одночасне нагрівання досліджуваного зразка й еталона. Еталон виготовляють з матеріалу (металу чи сплаву), що не випробує перетворень у тім температурному інтервалі, у якому протікають перетворення в зразку.

Якщо в процесі чи нагрівання охолодження матеріал зразка не перетерплює внутрішніх перетворень, то зразок і еталон мають ту саму температуру. Якщо при визначеній чи температурі в інтервалі температур у матеріалі зразка відбувається перетворення, що супроводжується чи виділенням поглинанням тепла, то зразок стає гаряче чи холодніше еталона, тобто виникає різниця температур зразка й еталона, яку можна вимірити. При цьому початку перетворення буде відповідати мінімальна різниця температур зразка й еталона, а кінцю — найбільше значення різниці температур зразка й еталона.

Д илатометричний аналіз. Визначення температур перетворень (критичних крапок) дилатометричним методом засновано на об'ємних змінах, що відбуваються в металах і сплавах при нагріванні, чи охолодженні в ізотермічних умовах. Практично реєструють не зміна обсягу, а зміна довжини зразка. Дилатометричний аналіз застосовують для визначення температур перетворень, що протікають у металах і сплавах у твердому стані. Якщо в процесі чи нагрівання охолодження внутрішніх перетворень у досліджуваному матеріалі не відбувається, то довжина (обсяг) зразка змінюється плавно (при нагріванні зразок подовжується внаслідок теплового розширення, а при охолодженні — коротшає). У випадку, якщо фазове перетворення відбувається, то довжина зразка чи росте убуває стрибкоподібно.

Зміна довжини зразка в часі при постійній температурі нагрівання дозволяє визначити, у якому тимчасовому інтервалі протікає перетворення і з якою швидкістю воно розвивається, тобто дозволяє вивчити кінетику перетворення.

Для виміру температури в дилатометрах використовують термоелектричні пірометри, а в багатьох конструкціях — дилатометричні пірометри. В останньому випадку одночасно з досліджуваним зразком нагрівають зразок — еталон, виготовлений з матеріалу з відомим температурним коефіцієнтом лінійного розширення, що плавно змінюється при нагріванні й охолодженні. Достоїнствами дилатометричних пірометрів є відсутність інерційності і більш висока точність виміру температури досліджуваного зразка. Дилатометричний пірометр входить у конструкцію диференціальних дилатометрів, що забезпечують високу точність вимірів. Найбільше часто застосовуються диференціальний дилатометр Шевенара й універсальний дилатометр типу ДКМ.

На мал. 2.13. показана диференціальна дилатометрична крива стали з 0,5 % вуглецю (повільне нагрівання й прискорене охолодження). При нагріванні відбувається плавне розширення зразка й еталона — дилатометрична крива плавно знижується. При визначеній температурі, що відповідає критичній крапці Ас₁, у сталі відбувається фазове перетворення з утворенням нової фази, що має менший обсяг. У зв'язку з цим довжина зразка зменшується і крива йде вниз. Це продовжується до критичної крапки Ас₃, при якій цілком завершується фазове перетворення, що супроводжувалося зменшенням обсягу. При подальшому підвищенні температури довжина зразка збільшується внаслідок теплового розширення — крива йде нагору. При охолодженні до температури критичної крапки Аr₃ довжина зразка й еталона безупинно зменшується за рахунок теплового стиску. При температурі, що відповідає критичній крапці Аr₃, утвориться нова фаза, що має більший обсяг, унаслідок чого довжина зразка збільшується.

Це продовжується до температури критичної крапки Аr₁ при який цілком завершується фазове перетворення. При подальшому зниженні температури довжина зразка зменшується. Як видно, положення критичних крапок при нагріванні й охолодженні фіксується на диференціальної дилатометричної кривої досить чітко.