Контроль качества термической обработки

Термическая обработка металлов является сложным и ответственным технологическим процессом. Она зависит не только от правильности технологии и качества тех материалов, из которых изготовлены детали, но и от мастерства и внимательности термиста.

Качество всех материалов и готовой продукции термических цехов подвергают проверке. Качество исходных металлов и материалов определяют в лабораториях завода, применяя современные химические и физические методы.

Готовую продукцию термических цехов проверяют работники технического контроля.

Руководствуясь техническими условиями, имеющимися в технологических картах, инструкциях, чертежах, контролеры оценивают качество термической обработки деталей и на основании протоколов экспресс-лабораторий и данных контроля устанавливают причины брака.

Технические контролеры совместно с работниками лабораторий не только выявляют брак, но и предупреждают его появление.

Для определения химического состава и марки чугуна, стали и других металлов применяют химический и спектральный анализ, а также пробу на искру.

Химический анализ осуществляется следующим образом. От исследуемого металла берется проба в виде мелкой стружки весом в несколько грамм. Эту навеску помещают или в какую-нибудь кислоту или в другой химический реактив, с тем, чтобы все элементы данного металла растворились, а исследуемый не растворился, т. е. образовал осадок. Выпавший осадок отфильтровывают, взвешивают и по весу, составляющему определенную долю навески, определяют исследуемый элемент.

Существует несколько методов химического анализа, в основе которых лежат химические реакции.

Спектральный анализ в настоящее время широко применяют на заводах. Для анализа обычно используют специальные приборы-стилоскопы и спектрографы. Выполняют анализ следующим образом. Между анализируемой деталью и медным электродом стилоскопа возбуждают электрическую дугу. Свет от дуги (раскаленные пары металла) проектируется на щель спектрального аппарата, проходит через оптическую систему линз и разлагается на гамму цветов — линейный спектр. В спектре наблюдается пять основных цветов: красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый. Каждый элемент имеет свою линию спектра.

По цвету и интенсивности линий спектра, наблюдаемых в стилоскопе, определяют, какой элемент и в каком количестве находится в металле. При спектральном анализе детали практически не повреждаются. Спектральный анализ способствует хорошему и быстрому сортированию готовых деталей по маркам стали.

Для точного определения процентного состава металла (количественный анализ) применяют более совершенный аппарат — спектрограф. В этом случае получаемый спектр исследуемого металла фотографируется на фотопластинку.

Пробу на искру применяют в тех случаях, когда необходимо быстро установить содержание углерода и легированных элементов в стали.

Как известно, на заводах используют сталь многих марок, подвергаемых термической или химико-термической обработке. При этом каждая марка стали обрабатывается по точно установленным режимам (температуре нагрева, времени выдержки, среде охлаждения и т. д.), так как любые отклонения от этих режимов могут привести к появлению брака. В термический цех иногда поступает партия деталей, отдельные детали которой изготовлены не из той стали, которая указана в чертеже или в накладной. В целях предупреждения брака термисты должны проверить детали пробой на искру. Проба на искру производится следующим образом. Стальную деталь слегка прижимают к быстро вращающемуся шлифовальному кругу, наблюдая за цветом и формой получающегося пучка искр. Каждая сталь имеет свой, определенный вид искр (рис. 134). При наблюдении термист должен обращать внимание на длину и окраску искр, а также на форму звездочек. Кроме того, термист должен знать состав проверяемых сталей. Контроль микроструктуры, определение качества и глубины цементованного слоя, правильность термической обработки производится металлографическим методом при помощи обычного микроскопа МИМ-7 по микрошлифам, изготовленным из терми­чески обработанных деталей.

Твердость термически обработанных деталей контролируется по приборам Роквелла, Бринелля, Виккерса и т. д.

Контролеры в термических цехах обычно проверяют детали по твердости, обращая внимание на видимые невооруженным глазом поверхностные дефекты. Однако обнаружить поверхностные и скрытые дефекты в стальных деталях (микротрещины, волосовины, неметаллические включения, раковины и др.) возможно только специальными методами и приборами.

В настоящее время на заводах широко применяют физические методы контроля внешних и внутренних дефектов — магнитный, люминесцентный, рентгеновский, ультразвуковой и др.

Магнитный метод позволяет обнаруживать самые мелкие и тонкие трещины, волосовины и другие дефекты, имеющиеся на небольшой глубине и частично выходящие на поверхность, но невидимые простым глазом.

При погружении детали в порошок окиси железа, взвешенный в керосине или трансформаторном масле (суспензию), частицы этого порошка притягиваются к полюсу, в результате чего обрисовывается контур трещины, хорошо заметный невооруженным глазом.

Кроме мокрого метода магнитного анализа, применяют сухой, при котором железный порошок наносится на поверхность контролируемой детали из пульверизатора.

После магнитного контроля детали необходимо размагничивать, используя диамагнитизатор (соленоид).

Люминесцентный, и цветной методы дефектоскопии применяют для контроля дефектов на поверхности немагнитных деталей. Сущность люминесцентного метода состоит в том, что готовые детали на некоторое время погружают в ванну со смачивающей жидкостью, содержащей субикол. Жидкость с поверхности детали смывают, но в мельчайших раковинах или трещинках, выходящих на поверхность, она остается.

Для выявления дефектов деталь облучают ультрафиолетовыми лучами ртутно-кварцевой лампы, под действием которых выступающий из дефектов субикол начинает светиться голубоватым или зеленоватым светом.

При цветном методе дефектоскопии исследуемая деталь окрашивается специальной краской — Суданом и затем облучается ультрафиолетовыми лучами, под действием Метод окраски Суданом хороший и надежный, но длительный, поэтому используется реже, чем люминесцентный.

Рентгеновский анализ применяют для контроля качества термической обработки деталей и выявления раковин, пористости, непровара и других внутренних дефектов в литых, кованых и сварных деталях, а также для изучения кристаллич решетки (рентгеноструктурный анализ). Рентгеновские лучи обладают способностью проникать в глубь металлических тел. Они образуются в рентгеновских трубках, в которых пучок катодных лучей (поток электронов) ударяется о поверхность металлического антикатода и вызывает рентгеновское излучение.

Рентгеновские лучи имеют ту же природу, что и световые, но длина волны их приблизительно в 10 000 раз меньше, что позволяет им проникать внутрь непрозрачных тел и отражаться от атомов, выявляя их расположение, в пространстве.

Это вызвано тем, что при прохождении через разные по толщине и плотности места металла рентгеновские лучи ослабляются по-разному. В результате этого на фотопленке образуются более темные и более светлые места. Рентгеновские лучи, проходящие через места с трещинами и раковинами, будут ослабляться меньше, чем лучи, проходящие через плотный металл, поэтому на фотопленке происходит резкое выявление дефекта.

Современные рентгеновские установки для просвечивания дают лучи, способные проникать в. стальное тело до 300 мм, а в алюминиевое- глубиной до 500 мм. Для просвечивания стальных деталей толще 300 мм применяют гамма-лучи. Источником гамма-лучей являются радиоактивные вещества — ко-бальт-60 и иридий-192.

Ультразвуковой анализ используют для определения расположения дефектов — раковин, трещин и расслоений, находящихся на глубине нескольких десятков сантиметров, в массивных валах, вагонных осях и крупных поковках. Принцип работы ультразвукового дефектоскопа основан на использовании ультразвуковых колебаний, которые отражаются от неоднородностей внутри металла. Ультразвуковые колебания находятся выше предела слышимости. Так как время прохожде­ния ультразвуковых колебаний до дефекта меньше, чем время прохождения их до дна исследуемой детали, то пик от дефектного сигнала возникает раньше.

Используя явление резонанса кварцевого пьезоэлектрического преобразователя (щупа), можно получить достаточно мощные ультразвуковые колебания при помощи маломощных источников.

В настоящее время импульсные ультразвуковые дефектоскопы автоматизируются и широко применяются в промышленности.