Ультразвуковой Контроль
наряду с другими физическими методами ( рентгенографический контроль, капиллярный контроль, магнитно-порошковый контроль) является надежным и высокоэффективным средством для выявления возможных дефектов. Требует наличия специально подготовленных специалистов, специализированного оборудования и вспомогательных средств контроля, и, кроме того, предъявляет особые требования к подготовке поверхности изделия под контроль.
Некоторые производители в целях экономии или некомпетентности игнорируют проведение неразрушающего контроля продукции или вспоминают о нём только на последней стадии - уже непосредственно перед сдачей объекта (а это приводит к дополнительной потери времени и непредусмотренным расходам), когда контроль бывает технически неосуществим. Подобное отношение к контролю качества чаще всего приводит к аварийным ситуациям в процессе эксплуатации и способно привести даже техногенным катастрофам.
Антифрикционный чугун — это любой серый, ковкий или модифицированный чугун, имеющий перлитную и даже перлитно-ферритную структуру, если количество перлита не менее 85%. Кроме того, имеется специальный антифрикционный чугун, химический состав которого приведен в табл. 109. Детали, изготовленные из антифрикционного чугуна, работают в узлах трения без заеданий и значительного износа, например, в подшипниках для валов, направляющих для ползунов, в червячных и других шестернях (ГОСТ 1585—57).
Структура антифрикционного чугуна представляет собой основную твердую массу с включениями мягких частиц (или наоборот). Хорошая структура такого чугуна содержит более 85% мелкопластинчатого перлита с включениями мелкопластинчатого же или шаровидного графита.
Антифрикционные свойства получает и ковкий чугун, если его подвергнуть специальной дополнительной термической обработке: отжигу или нормализации с целью получения перлитной или перлитно-ферритной структуры (марки АКЧ-1, АКЧ-2 в табл. 109).
Таблица 109. Химический состав в % и применение антифрикционного серого чугуна
Антифрикционный чугун может работать как заменитель цветных сплавов в подшипниковых узлах. Однако для удовлетворительной работы требуется: 1) чистая механическая обработка и точное сопряжение трущихся поверхностей деталей; 2) непрерывная и хорошая смазка; 3) повышенные против обычных на 15—30% зазоры; 4) приработка на холостом ходу и постепенное повышение рабочих нагрузок. При ударной нагрузке антифрикционный чугун работает хуже.
Для определения возможности замены бронзы и использования антифрикционного чугуна в какой-либо конструкции узла трения станка или машины подсчитывают величины: удельного давления (p), окружной скорости (v) и удельной мощности (pv) и сравнивают их с допустимыми для данной марки антифрикционного чугуна. Так, для указанных в табл. 109 марок допустимые величины приведены в табл. 108.
Таблица 108. Значения допустимых величин для антифрикционного чугуна
Пример. Рационализатор предложил заменить бронзовую (ОЦС 6—6—3) втулку с внутренним диаметром 50 мм, длиной 100 мм, работающую на 200 об/мин в паре с закаленным валом и хорошей смазкой. Подсчитано, что втулка воспринимает усилие (реакцию опоры) 500 кг. Определить, какой антифрикционный чугун можно применить.
Удельное давление
p = p/dl = 220/0,5*10,0 = 110 кг/см2
окружная скорость
v = πdn/60 = 3,14*50*200/60 = 0,52 м/сек
удельная мощность
pv = 110*0,52 = 57,5 кгм/см2
Для таких условий лучше всего подходит антифрикционный чугун марок АВЧ-1 АВЧ-2, АКЧ-1, АКЧ-2.
Методы борьбы с коррозионными процессами
При выборе оптимального способа защиты от коррозии металлических конструкций и продукции из различных видов металла необходимо учитывать ряд факторов:
климатические условия того или иного региона,
особенности эксплуатации металлической конструкции,
характеристики самой конструкции и многое другое.
Рассмотрим основные методы защиты от коррозии, которые находят широкое применение в современной промышленности, на производстве и в быту.
Лакокрасочные покрытия
Среди таких методов можно выделить наиболее распространенное направление — это нанесение защитных эмалей, красок, лаков и других материалов. Данная методика является доступной для широкого круга людей.
При этом следует учитывать и тот факт, что лакокрасочные покрытия могут обеспечить только преграду для образования коррозии, но не исключить ее появление. Именно поэтому здесь необходимо учитывать такие аспекты как тщательная подготовка поверхности к окрашиванию, равномерность наносимого покрытия, толщина слоя, прочность, отсутствие воздушных полостей и т.д.
1. Краска по ржавчине. Одним из наиболее популярных способов защиты является применение краски для металла по ржавчине. Как правило, такая краска выполняет три основные функции: она преобразовывает ржавчину, совмещает в себе антикоррозионный грунт и верхнюю эмаль. Эмаль отличается стойкостью к износам и атмосферным воздействиям. Краска может наносится как на чистую, так и на подверженную коррозии поверхность.
2. Жидкий пластик. Этот сравнительно новый, эффективный и простой способ защиты металлов от коррозии находит применение при покраске трубопроводов, решеток, автомобильных деталей, металлической мебели и других конструкций. Данное покрытие может наносится на неочищенную поверхность с различным уровнем коррозии. Одним из преимуществ такого метода является возможность влажной очистки при помощи любых синтетических средств.
Электрохимическая защита
Целью других способов защиты (которые также именуются активными) является преобразование структуры двойного электрического слоя. На защищаемую поверхность воздействует постоянное электрическое поле с определенным напряжением в зависимости от характеристик конкретного металла. Воздействие тока осуществляется от постороннего источника или при помощи присоединения протекторов к защищаемой конструкции. Электродный потенциал металла повышается, в результате чего образуется препятствие для появления коррозии.
Конструкционные методы
Существует также конструкционный метод защиты, в рамках которого применяются такие материалы как цветные металлы, нержавеющие стали и кортеновские стали. Вопросы обеспечения защиты от коррозии разрабатываются при этом уже на этапе проектирования. Металлическая конструкция должна быть по возможности максимально изолирована от воздействия коррозионной среды. Для реализации этой цели используются герметики, клеи, специальные прокладки из резины и проч.
Кроме того, при этом необходимо обеспечить оптимальные условия дальнейшей эксплуатации металлических конструкций и деталей. Сюда можно отнести исключение неблагоприятных атмосферных или механических воздействий на конструкцию, устранение щелей и повреждений, устранение областей, в которых возможно скапливание влаги, и проч.
Виды термической обработки отливок
В зависимости от метода литья и применяемого сплава к алюминиевой отливке могут применяться следующие виды термической обработки:
отжиг для снятия остаточных напряжений;
стабилизирующий отпуск;
гомогенизация;
полный отжиг;
упрочнение старением.
Наиболее важным видом термической обработки для алюминиевых отливок является старение, обычно — искусственное старение.
Принципы упрочнения алюминиевых сплавов старением
Необходимым условием для того, чтобы в алюминиевом сплаве происходило упрочнение старением, является уменьшение растворимости в твердом растворе алюминия одного или нескольких компонентов сплава с понижением температуры.
Как правило, процесс искусственного старения включает три стадии:
При нагреве на твердый раствор (нагреве под закалку) происходит растворение в твердом растворе алюминия достаточного количества компонентов сплава, которые обеспечивают упрочнение старением.
При достаточно быстром охлаждении при закалке эти компоненты остаются в твердом растворе. В этом состоянии отливки остаются относительно мягкими.
При старении – для литых изделий, в основном, искусственном – происходит выделение этих растворенных компонентов в форме мельчайших субмикроскопических фаз, которые дают повышение твердости и прочности алюминиевого сплава. Эти мельчайшие фазы, которые по-научному называют «когерентными или полукогерентными фазами», представляют собой препятствия для движения дислокаций в металле и поэтому упрочняют до этого мягкий металл.
Термически упрочняемые литейные алюминиевые сплавы
Термической обработке старением поддаются следующие типы алюминиевых литейных сплавов:
алюминий-медь;
алюминий-медь-магний;
алюминий-кремний- магний;
алюминий-магний-кремний;
алюминий-цинк-магний.
Нагрев на твердый раствор (нагрев под закалку)
Для того, чтобы ввести упрочняющие компоненты сплава в твердый раствор так быстро, как это только возможно, температура нагрева на твердый раствор должна быть максимально высокой, не ближе чем 15 °С к температуре ликвидус, чтобы избежать локального подплавления. По этой причине часто литейные алюминиевые сплавы, содержащие медь, подвергают нагреву на твердый раствор в два этапа: сначала до 480 °С, потом до 520 °С.
Длительность нагрева под закалку зависит от толщины стенки отливки и метода литья. По сравнению с литьем в песчаные формы, литье в кокиль требует более короткий нагрев под закалку для растворения упрочняющих компонентов сплава благодаря более измельченной микроструктуре. В принципе, нагрева около одного часа обычно достаточно. Более длительный нагрев под закалку – до 12 часов – применяют, например, для сплавов алюминий-кремний-магний для сфероидизации или округления эвтектического кремния, чтобы повысить пластические свойства сплава (относительное удлинение).
В ходе нагрева под закалку прочность отливок остается еще очень низкой. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению их прогиба и коробления. Для этого большие и сложные отливки закрепляют в специальных приспособлениях.
Закалка алюминиевых отливок
Горячую отливку необходимо охладить в воде как можно быстрее – за 5-20 секунд в зависимости от толщины ее стенок, чтобы подавить любое нежелательное и преждевременное выделение растворенных компонентов сплава.
После закалки отливки имеют высокую пластичность. Резкое охлаждение отливки при закалке может приводить к образованию больших внутренних напряжений и короблению изделия. Эту проблему решают выбором закалочной среды и способа ее подачи: погружение в воду или подача воды через спрейеры — вода холодная, вода горячая или масло.
В любом случае, любые действия по правке изделия должны производиться после закалки, но до старения.
Операция старения
Операция старения приводит к значительному увеличению твердости и прочности литейной структуры за счет выделения мельчайших упрочняющих фаз. Только после этой операции изделие получает свои заданные свойства, свою окончательную форму и размеры.
Обычные сплавы подвергают искусственному старению. Искусственное старение – это старение при повышенных температурах, в отличие от естественного старения, которое проводят при температуре окружающей среды («комнатной» температуре).
Температура старения и ее длительность могут быть различными в зависимости от требуемых свойств алюминиевого сплава в отливке. Например, механические свойства можно «отрегулировать» так, чтобы получить высокую твердость и прочность, но за счет более низкой пластичности (относительного удлинения) материала отливки. И наоборот, можно достичь более высокой пластичности (относительного удлинения), но в ущерб твердости и прочности. При выборе температуры старения и длительности его выдержки применяют диаграммы старения конкретного сплава, которые разработаны для многих сплавов (рисунки 1-4).
Легированными называют стали, в которые специально вводят те или иные химические элементы (хром, никель, кобальт, молибден, титан, вольфрам и др.). Эти элементы вводят с целью воздействия на структуру и получения требуемых свойств.
По своему воздействию на структуру стали легирующие элементы делятся на 2 класса: - первые расширяют гамма-область и сужают альфа-область - вторые наоборот – сужают гамма-область и расширяют альфа-область
Легированные стали классифицируют: - по структуре в равновесном состоянии и после охлаждения на воздухе - по типу легирующих элементов и их процентному содержанию - по качеству - по назначению
По структуре в равновесном состоянии разделяют на: - доэвтектоидные - эвтектоидные - заэвтектоидные
После охлаждения на воздухе структура стали может измениться. По структуре в нормализованном состоянии легированные стали подразделяют на: - перлитные - аустенитные - мартенситные
По типу легирующих элементов стали подразделяют на хромовые, никелевые и т.д. Современные легированные стали – сложнолегированные.
По общему процентному содержанию легирующих элементов легированные стали разделяют на: - низколегированные – 5-10% - среднелегированные – 10% - высоколегированные – более 10%
Все легированные стали являются качественными сталями. Но бывают высококачественные и особо высококачественные.
Все легированные стали подвергаются термообработке, которая существенно улучшает структуру и форму. Использование без термообработки нерационально.
По назначению стали делят на: - конструкционные - инструментальные - стали специального назначения
Маркировка легированных сталей
Маркировка легированных сталей зависит от их назначения. В основе маркировки легированных сталей лежит буквенно-цифровой метод. В начале марки конструкционных легированных сталей (гост 4543-71) ставятся цифры, обозначающиесодержание углерода в сотых долях процента. Далее идут большие буквы, обозначающие тот или иной легирующий элемент:
Х – хром |
Б - ниобий |
Н – никель |
Д – медь |
К – кобальт |
Г – марганец |
М – молибден |
Р – бор |
Т – титан |
Ю – алюминий |
В – вольфрам |
Ф – ванадий |
А – азот |
С - кремний |
После буквы может стоять цифра, которая обозначает среднее округленное до целого процентное содержание соответствующего легирующего элемента. Если цифры нет, то содержание легирующего элемента около 1% (или менее).
Если буква А стоит в середине марки стали – она означает присутствие в стали азота как легирующего элемента. Если буква А стоит в конце марки – сталь высококачественная. У особо высококачественной стали ставится буква Ш в конце марки.
40ХН3МФА – конструкционная легированная сталь со средним содержанием углерода 0,4%, ~1% хрома, ~3% никеля, ~1% молибдена, ~1% ванадия, высококачественная.
18ХГТ – конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,18% и по 1% (приблизительно) хрома, марганца и титана.
В начале марки инструментальных легированных сталей (ГОСТ 5950-2000) первая цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если цифра не стоит, то содержание углерода в этой стали 1% и более. Затем следуют буквы и цифры, обозначающие тоже самое, что и у конструкционных легированных сталей. Легирующие элементы, которые вводят в инструментальные стали увеличивают теплостойкость, закаливаемость, вязкость, износостойкость.
ХВГ – инструментальная легированная сталь, углерода более 1%, приблизительно около 1% хрома, вольфрама, марганца.
Стали специального назначения маркируются несколько иначе. В начале марки – большая буква русского алфавита, обозначающая назначение стали:
А – автоматная |
Э – электротехническая |
Ш – шарикоподшипниковая |
Р - быстрорежущая |
После буквы ставятся цифры, обозначающие среднее, округленное до целого, содержание ведущего легирующего элемента. Для электротехнических сталей это кремний, для быстрорежущих (используются для изготовления режущего инструмента) – вольфрам.
Р18 – быстрорежущая сталь, 18% вольфрама
Р6М5К4 – быстрорежущая сталь, содержание вольфрама 6%, молибдена 5%, 4% кобальта.