книги / Физические методы исследования металлов и сплавов
..pdfТаблица 3.2 Критические точки стали при нагреве и охлаждении
Материал |
Скорость изменения |
АС1, ºС АС3, ºС Tн, ºС Tк, ºС |
температуры v, ºС/с |
Таблица 3.3
Развитие превращения
Параметры |
|
|
Температурные интервалы |
|
|
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура T, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перегрев относительно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
начала превращения ∆T, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время от начала превраще- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния τ, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Доля аустенита γ, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания: интервалы 1 и 10 соответствуют критическим точкам АС1 и АС3; перегрев определяется по формуле ∆Т = L– АС1; время рассчитывается по формуле τ = ∆Т/vн.
6.На основании табл. 3.3 построить кривые образования новой фазы при нагреве в зависимости от температуры в координатных осях «доля новой фазы, % – lg времени, с», где шкала времени является логарифмической.
7.Оформить отчет, включая в него все полученные результаты.
8.Написать выводы по работе.
В выводах необходимо:
–привести полученные ТКЛР разных фаз исследованной стали;
–описать превращения, происходящие в исследуемой стали при нагреве и охлаждении, с указанием критических точек и типа кинетики фазового превращения.
29
Контрольные вопросы
1.В чем заключается природа теплового расширения?
2.Что такое температурный коэффициент линейного расши-
рения?
3.Как определить средний и истинный температурные коэффициенты линейного расширения?
4.Для чего используют дилатометрический анализ?
5.Как определяют критические точки на дилатограммах?
6.Как определить кинетику фазовых превращений при непрерывном нагреве или охлаждении?
7.Каковы устройство и принцип работы дилатометра?
Список рекомендуемой литературы
1.Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки сталей: учеб. пособие. – М.: Наука и техно-
логии, 2002. – 519 с.
2.Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.
3.Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочник: в 3 т.; Т. 1: Методы испытаний и исследования / Б.С. Бокштейн [и др.]. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 687 с.
30
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Определение содержания α-фазы в коррозионностойкой аустенитной стали вихретоковым методом
Цели работы:
–овладеть методикой определения содержания α-фазы в коррозионностойкой аустенитной стали вихретоковым методом;
–изучить влияние степени пластической деформации на фазовый состав коррозионностойкой аустенитной стали.
Краткие теоретические сведения
Изменение атомно-кристаллического строения или, другими словами, фазовые превращения в твердом состоянии в металлах и сплавах могут развиваться не только в результате нагрева, охлаждения или выдержки при различных температурах, но и при изменении внешнего давления при деформации.
Фазовые превращения при деформациях
Коррозионностойкие аустенитные стали типа 08Х18Н10Т, которые являются наиболее распространёнными среди аустенитных сталей в промышленности, находятся в метастабильном фазовом состоянии, т.е. при холодной пластической деформации в них может развиваться фазовый переход (рис. 4.1) с образованием областей α-фазы (α-мартенсита с ОЦТ кристаллической решеткой) в пределах исходных зерен γ-фазы (аустенита с ГЦК кристаллической решеткой). Увеличение степени деформации вызывает увеличение объемной доли α-фазы.
Образование участков новой фазы сопровождается изменением механических и физических свойств деформируемой метастабильной стали. Например, если говорить о магнитных свойствах, то исходная аустенитная фаза является парамагнетиком, однако образовавшийся в процессе деформации стали мартенсит являет-
31
ся ферромагнетиком и придает ферромагнитные свойства всему материалу тем в большей степени, чем больше его количество.
Рис. 4.1. Образование областей α-мартенсита в пределах исходных зерен аустенита при различных степенях деформации (ε1 < ε2)
Вихретоковый метод определения содержания α-мартенсита в аустенитных сталях
Вихретоковый метод определения содержания α-мартенсита в аустенитных сталях основан на законе электромагнитной индукции, который заключается в возникновении вихревых токов в исследуемом токопроводящем материале при воздействии на него пере-
32
менным магнитным полем. Вихревые токи регистрируют измерительным преобразователем – индуктивной катушкой. Общая функциональная схема вихретокового метода с использованием прибора с накладным измерительным преобразователем приведена на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Схема действия накладного измерительного преобразователя вихретокового прибора [1]
В накладном измерительном преобразователе находится возбуждающая оболочка, которая подключена к генератору переменного тока, и измерительная обмотка, соединенная с блоком измерения. Переменный ток в возбуждающей катушке создает переменное электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в исследуемом токопроводящем материале. Электромагнитное поле от вихревых токов в исследуемом материале создает ЭДС в измерительной обмотке преобразователя. При регистрации напряжения (ЭДС) на измерительной обмотке получают информацию о свойствах исследуемого материала и о положении преобразователя относительно него.
Измеренное напряжение (ЭДС) определяется толщиной исследуемого материала, электрическим сопротивлением объекта, маг-
33
нитной проницаемостью, качеством поверхности, количеством дефектов, температурой, структурой, положением измерительного преобразователя и т.д. На результат измерения вихретоковым методом практически не влияют загрязненность поверхности исследуемого образца, а также состав газовой среды.
Вихретоковым методом с использованием накладного измерительного преобразователя можно проводить измерения только для токопроводящих объектов (металлов, сплавов и др.) и только на малую глубину (не более нескольких миллиметров), так как вихревые токи внешним переменным электромагнитным полем возбуждаются только при наличии свободных электронов и в узком поверхностном слое.
Структура металлов и сплавов оказывает определяющее влияние на их электрические и магнитные свойства. Поэтому вихретоковым методом возможно контролировать как однородность химического состава, так и структуру и уровень механических напряжений. Вихретоковым методом контролируют качество термической, хими- ко-термической и механотермической обработки различных деталей, оценивают остаточные механические напряжения в поверхностных слоях после обработки резанием или деформации.
Порядок проведения лабораторной работы
1.Ознакомиться с устройством приборов и методиками исследования.
2.Получить образцы деформированной коррозионностойкой аустенитной стали с различными степенями деформации стали для исследования.
3.Провести измерения содержания α-мартенсита в коррозионностойкой аустенитной стали вихретоковым прибором с накладным преобразователем и занести результаты в табл. 4.1.
4.Провести статистическую обработку полученных результатов измерения в следующем порядке.
34
Таблица 4.1
Результаты измерения содержания α-мартенсита в коррозионностойкой аустенитной стали вихретоковым методом
Номер |
Диаметр |
Степень |
Содержание α-мартенсита F, % |
|||||
образца |
D, мм |
деформации ε, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
< F> |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В первую очередь определить стандартное отклонение выборки (результатов измерений) для каждой степени деформации по формуле
σ= ( 1 |
) |
2 |
( 2 |
) |
2 |
( |
3 |
) |
2 |
( |
4 |
) |
2 |
( |
5 |
|
) |
2 |
, |
−F |
|
+ |
F − |
|
+ F |
|
− F+ |
|
|
− F |
|
+ |
|
−F |
|
|
F |
n −1
где <F> – среднее арифметическое значение содержания α-фазы по результатам измерений; F1, …, F5 – результаты конкретных измерений; n – количество измерений.
Далее определить полуширину доверительного интервала измерений по формуле
∆ F=1,96 σn ,
где 1,96 – коэффициент доверия, вычисленный по таблице Z-оценок с учетом доверительного уровня 0,95.
Результаты вычислений занести в табл. 4.2.
35
Таблица 4.2
Статистическая обработка результатов измерения содержания α-мартенсита в коррозионностойкой аустенитной стали вихретоковым методом
Номер |
Степень |
Содержание |
Стандартное |
Полуширина |
|
деформации ε, |
- |
отклонение σ, |
доверительного |
||
образца |
% |
α мартенсита |
|||
F , % |
% |
интервала ∆М, % |
|||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.На основании данных табл. 4.1 построить график зависимости среднего содержания α-мартенсита от степени деформации коррозионностойкой аустенитной стали.
6.Оформить отчет, включая в него все полученные результаты.
7.Написать выводы по работе. В выводах необходимо описать влияние деформации на содержание α-фазы в коррозионностойкой аустенитной стали.
Контрольные вопросы
1.В чем заключается принцип работы накладного измерительного преобразователя вихретокового прибора?
2.Каковы достоинства и недостатки вихретокового метода?
3.Что происходит при холодной пластической деформации метастабильных аустенитных сталей?
4.Как изменяются механические и физические свойства метастабильных аустенитных сталей при холодной пластической деформации?
5.Контроль каких параметров можно осуществлять вихретоковым методом?
36
Список рекомендуемой литературы
1.Неразрушающий контроль сварных конструкций в нефтегазовых отраслях: учеб. пособие / А.А. Антонов [и др.]. – М.: Спутник +, 2014. – 238 с.
2.Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.
3.Маслов Б.Г. Неразрушающий контроль сварных соединений
иизделий в машиностроении: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2008. – 272 с.
4.Каневский И.Н., Сальникова Е.Н. Неразрушающие методы контроля: учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 243 с.
37
Учебное издание
ПАНОВ Дмитрий Олегович
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Учебно-методическое пособие
Редактор и корректор ?. <. D h i u l b g Z
Подписано в печать 17.08.18. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 2,5. Тираж 65 экз. Заказ № 168/2018.
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.
Тел. (342) 219-80-33.
38