Кафедра «Технология металлов»

Кафедра «Технология металлов»

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Практикум

 

Рекомендовано

Методическим советом ДВГУПС

в качестве учебного пособия

 

 

Хабаровск

Издательство ДВГУПС

2012

УДК 621.7 (075.8) + 621.91 (075.8)

ББК К 1я73

М 341

 

Рецензенты:

 

Кафедра «Литейное производство и технология металлов»
Тихоокеанского государственного технического университета
(заведующий кафедрой заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор

Ри Хосен)

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук,
главный научный сотрудник Института водных
и экологических проблем ДВО РАН, профессор
А.Д. Верхотуров

 

Авторы: Э.Г. Бабенко; Е.Н. Кузьмичев; В.Ф. Клиндух; Е.А. Лихачев

 

М 341

Материаловедение и технология конструкционных материалов: практикум / Э.Г. Бабенко [и др.]. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. – 160 с.: ил.

 

Практикум содержит 25 лабораторно-практических работ.

Рассмотрены вопросы исследования структуры и свойств конструкционных материалов, а также изучения основного технологического оборудования и инструмента, используемого при восстановлении деталей технических устройств железнодорожного транспорта.

Предназначен для студентов 1-го и 2-го курсов всех форм обучения, изучающих дисциплину «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

УДК 621.7 (075.8) + 621.91 (075.8)

ББК К 1я73

 

 

© ДВГУПС, 2012

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время уровень общеобразовательной подготовки учащихся в школах и высших учебных заведениях достаточен для формирования общего представления о «природе вещей» и, в частности, о роли и значении металлов. Однако для специалистов, занимающихся эксплуатацией и ремонтом машин и механизмов, необходимы углубленные знания о структурах и свойствах сплавов, влиянии на свойства внешних факторов таких, как давление, температура, механические нагрузки и др.

Кроме того, для качественного решения проблем поддержания в работоспособном состоянии технических устройств железнодорожного транспорта от инженеров-механиков требуются устойчивые знания прогрессив­ных технологий контроля и восстановления деталей.

Предлагаемый вниманию студентов практикум по выполнению лабораторно-практических работ по материаловедению и технологии конструкционных материалов преследует цель ознакомить студентов с исследованием структуры и свойств металлов и сплавов, а также с технологиями, позволяющими повышать эксплуатационные свойства изделий до необходимого, заранее заданного уровня.

При выполнении работ студенты приобретают практические навыки и закрепляют теоретические знания по материаловедению.

По каждой лабораторной и практической работе предусматривается индивидуальный отчет перед преподавателем.

Студенты должны бережно обращаться с оборудованием и измерительными приборами, соблюдать правила техники безопасности.

 

 

Измерение твёрдости металлов и сплавов

 

Цель работы: изучить основные способы измерения твёрдости металлов и сплавов и приобрести практические навыки работы с твердомерами.

Приборы и оборудования: твердомер Бринелля ТШ-2м, набор образцов, отсчётный микроскоп МПБ-2, твердомер Роквелла ТК-2, комплект ЗиП к твердомерам.

Краткие теоретические сведения

 

Твёрдость – это способность металла или сплава сопротивляться проникновению в него более твёрдого тела определённой формы и размеров, не получающего остаточной деформации. Наиболее распространенные виды испытаний основаны на вдавливании в испытуемую поверхность индентора, т. е. тела определённой формы: шара, конуса, пирамиды. В этих случаях твёрдостью, кгс/мм², является отношение нагрузки на индентор, кгс, к площади его отпечатка, мм², либо в условных единицах глубины вдавливания этого индентора.

 

Порядок выполнения работы

 

Измерение твёрдости методом Бринелля на твердомере ТШ-2М

 

1. Подготовить твердомер ТШ-2М (рис. 1.6) к работе, для чего в зависимости от условий испытания (табл. 1.1) установить соответствующий индентор 3 и необходимый груз 4.

2. Испытуемый образец установить на столик 2. Вращением по часовой стрелке маховика 1 подвести образец до соприкосновения с шариком 3 и, продолжая вращение маховика, довести до упора, создавая этим предварительную нагрузку.

Рис 1.6 Твердомер Бринелля ТШ-2М: 1 – маховик; 2 – столик; 3 – индентор; 4 – грузы; 5 – кнопка включения электродвигателя; 6 – сигнальная лампа

3. Нажатием кнопки 5 включить электродвигатель. Приложение основной нагрузки, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки осуществляется автоматически. В момент начала приложения нагрузки загорается сигнальная лампа и горит в течение времени, соответствующего установленной длительности выдержки шарика под нагрузкой.

4. После остановки электродвигателя вращением маховика 1 против часовой стрелки опустить столик 2 и освободить образец.

5. Замерить диаметр отпечатка отсчётным микроскопом МБП-2. Замеры производить в двух перпендикулярных плоскостях с определением средней величины.

6. Каждый образец испытать трижды. За конечный результат принять среднее арифметическое из трёх измерений. Результаты занести в графы
5, 6, 7, 8 табл. 1.5.

7. Найти числа твёрдости и результаты занести в графу 9 (табл. 1.5).

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Физическая сущность единиц твёрдости при измерении методами Бринелля и Роквелла.

3. Таблица результатов испытаний твёрдости сталей различных марок.

4. График зависимости твёрдости стали от содержания углерода.

5. Вывод по результатам исследований.

 

1.4. Контрольные вопросы

 

1. Что такое твёрдость?

2. Что принимается за единицу твёрдости по Бринеллю?

3. Как осуществляется выбор нагрузки?

4. Условия выбора диаметра шарика.

5. Как определяется твёрдость по методу Бринелля?

6. Способ записи числа твёрдости по Бринеллю.

7. Каковы преимущества метода Бринелля?

8. Каковы недостатки метода Бринелля?

9. На каком расстоянии должны находиться отпечатки от края образца и друг от друга при измерении твёрдости методом Бринелля и Роквелла?

10. Что принимается за единицу твёрдости по Роквеллу?

11. Как выбирается индентор (наконечник) для испытания при использовании метода Роквелла?

12. Как обеспечивается предварительная нагрузка при испытании на твердомере Роквелла?

13. Чему равна нагрузка (предварительная, основная и общая) при измерении твёрдости по шкалам А, В, С?

14. Для измерения каких материалов служат шкалы А, В, С?

15. Как записывается твёрдость по Роквеллу?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 9].

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с работой маятникового копра 2010КМ-30.

2. Произвести испытания образцов.

3. Рассчитать значения ударной вязкости.

4. Произвести осмотр образцов и зарисовать вид излома.

5. Определить процент вязкой и хрупкой составляющей в изломе образцов.

6. Результаты испытаний занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Результаты испытаний на ударный изгиб

 

Марка материала	Тип образца	Площадь поперечного сечения, м^2 (см^2)	Работа удара К, Дж	Ударная вязкость КС, Дж/м^2 (кгс×м/см^2)	Площадь хрупкой составляющей Х, %	Площадь вязкой составляющей В, %

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Рисунки изломов испытанных образцов.

3. Таблица с результатами испытаний и замеров.

4. Выводы.

 

2.4. Контрольные вопросы

 

1. Как определяется работа разрушения образца?

2. Что такое ударная вязкость?

3. Какова цель определения ударной вязкости?

4. Что характеризует вязкая составляющая в изломе образцов?

5. Какие образцы применяются при испытаниях?

6. Как обозначается работа удара?

7. Как обозначается ударная вязкость?

8. Область применения образцов с концентратором вида U?

9. Область применения образцов с концентратором вида Т?

10. Область применения образцов с концентратором вида V?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 6, 9].

 

 

Порядок выполнения работы

 

Для изучения влияния пластической деформации и температуры нагрева деформированной стали на её структуру и свойства необходимо исследовать 6 образцов:

образец 1 – сталь Ст3, не деформированная;

образец 2 – сталь Ст3, деформированная на 30 % (ε = 30 %);

образец 3 – сталь Ст3, деформированная на 60 % (ε = 60 %);

образец 4 – сталь Ст3, деформированная на 60 % и отожжённая после деформации при температуре 200 ^оС;

образец 5 – сталь Ст3, деформированная на 60 % и отожжённая после деформации при температуре 750 ^оС;

образец 6 – сталь Ст3, деформированная на 60% и отожжённая после деформации при температуре 950 ^оС.

Работу необходимо проводить в такой последовательности:

1) на металлографическом микроскопе исследовать микроструктуру 1, 2 и 3-го образцов. Зарисовать микроструктуру;

2) на приборе Роквелла замерить твёрдость 1, 2 и 3-го образцов. Замер на каждом образце производить не менее трёх раз и определить среднюю величину из трёх измерений;

3) построить график зависимости твёрдости от степени деформации HRB = f(ε,%);

4) исследовать и зарисовать микроструктуру образцов 4, 5 и 6;

5) измерить твёрдость образцов 4, 5 и 6. Построить графическую зависимость твёрдости от степени нагрева HRB = f(T ^оC);

6) сделать выводы о наличии деформации и влияния температуры нагрева деформированной стали на её структуру и свойства. Определить в каком интервале температур находится порог рекристаллизации для исследуемой стали.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Краткие сведения из теории.

3. Таблицы результатов измерений твёрдости.

4. Рисунки микроструктур образцов.

5. Графики зависимостей HRB = f(ε,%) и HRB = f(T ^оC).

6. Выводы по работе.

3.4. Контрольные вопросы

 

1. Что называется наклёпом металла?

2. Как влияет наклёп на твёрдость металла?

3. Как влияет пластическая холодная деформация на пластичность металла?

4. Какова структура наклёпанного металла?

5. Как устранить наклёп?

6. Как влияет нагрев металла на структуру и свойства деформированного металла?

7. Что такое возврат?

8. Что называется рекристаллизацией?

9. Какова зависимость между температурами плавления и рекристаллизации?

10. Что называется критической степенью деформации?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 6, 9].

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с устройством микроскопов МИМ-7 и ЕС МЕТАМ РВ-22.

2. Приготовить микрошлиф для исследования структуры.

3. Изучить и зарисовать исследуемую микроструктуру.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Схема металлографического микроскопа.

3. Схема микроструктуры образца

4. Описание микроструктуры исследуемого образца.

 

4.4. Контрольные вопросы

 

1. Каков порядок приготовления микрошлифа?

2. Для чего проводится травление?

3. От чего зависит выбор травителя?

4. Как определяется увеличение микроскопа?

5. Чем отличается шлифование от полирования?

6. Что называется микроанализом?

7. Почему при травлении структура образца протравливается неодинаково?

Рекомендуемая литература [1–3, 6, 19].

Порядок выполнения работы

 

Исследовать процесс кристаллизации реального стального сплава визуально в условиях учебной лаборатории практически невозможно. Поэтому процесс образования кристаллов в настоящей работе изучается на примере кристаллизации водного раствора соли хлористого аммония (NH₃CL) с помощью бинокулярного микроскопа МБС-9.

После нанесения капли раствора на предметное стекло начинается процесс испарения воды, приводящий к кристаллизации раствора и выпадению кристаллов. Раствор хлористого аммония позволяет наблюдать процесс роста дендритных кристаллов. При этом нужно обратить внимание на последовательность развития кристаллов, направление их роста, искажение формы при взаимном их соприкосновении.

Исследуя продольный и поперечный излом сурьмы, нужно выявить все зоны кристаллизации, которые образуются при кристаллизации металлического слитка.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Рисунок затвердевшей капли хлористого аммония.

3. Рисунки продольного и поперечного сечения слитка сурьмы с указанием зон кристаллизации.

4. Выводы.

 

5.4. Контрольные вопросы

 

1. Что называется первичной кристаллизацией?

2. Что называется степенью переохлаждения?

3. От чего зависит степень переохлаждения?

4. Что называется свободной энергией?

5. Как влияет Ч.Ц. и С.К. на размер зерна?

6. Можно ли искусственно изменять размер зерна?

7. Каковы зоны кристаллизации стального слитка?

8. Что называется модифицированием?

9. Как влияет размер зерна на механические свойства сплава?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 6].

 

 

6. Исследование влияния скорости охлаждения
на свойства стали

 

Цель работы: исследовать влияние скорости охлаждения на твердость углеродистой стали, нагретой до температуры закалки.

Приборы и оборудование: комплект лабораторных образцов, твердомер Роквелла ТК-2.

Порядок выполнения работы

 

1. Определить твёрдость образцов из стали 45, нагретых до температуры Ас₃ + (30…50) ^оС и охлажденных в различных средах. Каждый образец измерять трижды. За конечный результат принять среднее арифметическое значение.

2. Данные измерений занести в табл. 6.2.

3. Для каждого образца определить предполагаемую структуру.

4. Построить график зависимости твёрдости стали от скорости охлаждения.

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Описание видов термообработки исследуемых образцов и их назначение.

3. Таблица с результатами измерения твёрдости.

4. График зависимости твёрдости образцов от скорости охлаждения: НВ = f (V_охл).

5. Заключение о структуре и механических свойствах исследуемых образцов.

Таблица 6.2

Результаты измерения твёрдости

 

Номер образца	Температура нагрева, ^оС	Охлаждающая среда	Скорость охлаждения	Измеренная твёрдость	Предполагаемая структура
HRC	HRB	HB

 

6.4. Контрольные вопросы

 

1. Виды термической обработки и их назначение.

2. Как влияет скорость охлаждения на микроструктуру и свойства стали?

3. Какова температура нагрева для различных видов термообработки?

4. Что такое критическая скорость закалки?

5. Где находятся критические точки Ас₁, Ас₃, Аст для сталей с различным содержанием углерода?

6. Что такое перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит? Каковы механические свойства перечисленных структур?

7. Что такое полиморфное превращение железа и в чём его сущность?

 

Рекомендуемая литература [1–6, 8. 19].

 

7. Исследование влияния температуры
отпуска на свойства закалённой стали

 

Цель работы: исследовать влияние температуры отпуска на структуру и свойства закаленной углеродистой стали.

Приборы и оборудование: комплект лабораторных образцов, твердомер Роквелла ТК-2.

Порядок выполнения работы

 

1. Вычертить участок диаграммы Fe–Fe₃C, соответствующий сталям. Нанести на нем зоны, соответствующие температурам закалки и отпуска исследуемой стали.

2. Измерить на приборе Роквелла твёрдость образцов стали после закалки в воде и отпуска при различных температурах. Данные занести в табл. 7.1.

3. Построить график зависимости твёрдости от температуры отпуска. На графике нанести прямую, соответствующую закаленной стали.

 

Таблица 7.1

Результаты измерения твёрдости

 

Марка стали образца	Твёрдость после закалки, HRC	Вид и температура отпуска	Твёрдость после отпуска, HRC	Предполагаемая структура после отпуска

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Краткие сведения из теории.

3. Стальной участок диаграммы Fe-Fe₃C.

4. Таблица результатов измерения твёрдости образцов.

5. График зависимости твёрдости от температуры отпуска.

6. Выводы о структуре и механических свойствах стали после различных видов отпуска.

 

7.4. Контрольные вопросы

 

1. Что называется закалкой стали? Режимы закалки.

2. Что такое отпуск? Цель отпуска, режимы, виды отпуска.

3. Структура стали, получаемая при различных видах отпуска.

4. Твёрдость стали, получаемая при различных видах отпуска.

5. Что такое улучшение стали? Для каких целей эта операция производится?

 

Рекомендуемая литература [1–6, 8, 19].

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить структуру цементованного слоя на микрошлифе цементованной стали.

2. Зарисовать схему микроструктуры.

3. На образце-«свидетеле» измерить глубину цементованного слоя с помощью микроскопа МПБ-2.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Схема структуры цементованного слоя.

3. Схема излома «проявленного» образца-«свидетеля».

4. Выводы.

 

8.4. Контрольные вопросы

 

1. Что такое химико-термическая обработка стали?

2. Назовите стадии химико-термической обработки.

3. Что такое цементит?

4. Какова цель цементации?

5. Назовите марки сталей, применяемых для цементации.

6. При какой температуре проводится цементация?

7. Назовите структурные зоны цементованного слоя.

8. От чего зависит глубина цементованного слоя?

9. Как можно контролировать глубину слоя в период процесса цементации?

10. В чем суть цементации в твёрдом карбюризаторе?

11. Какова сущность газовой цементации?

12. Опишите режимы термообработки цементованных деталей в зависимости от требований эксплуатации.

 

Рекомендуемая литература [1–6, 19].

9. Микроструктура углеродистых и легированных
сталей в равновесном состоянии

 

Цель работы: исследовать микроструктуру углеродистых и легированных сталей в равновесном состоянии.

Приборы и оборудование: металлографический микроскоп, комплект лабораторных образцов, атлас микроструктур.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить микроструктуру углеродистых сталей в равновесном сос­тоянии.

2. Изучить микроструктуру легированных сталей.

3. Схематически зарисовать наблюдаемые в микроскоп структуры.

4. Определить структурные составляющие и указать, из каких фаз состоит каждая из них.

5. Определить на основании микроанализа вид стали (доэвтектоидная, эвтектоидная или заэвтектоидная), марку стали по ГОСТ, классифицировать по назначению (конструкционная, инструментальная или специальная).

6. Расчетным методом определить количество углерода и установить марку доэвтектоидной стали.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Чертеж диаграммы состояния Fe–Fe₃C с обозначением фазовых структурных областей (стальная часть).

3. Рисунок структуры изученных образцов.

4. Под каждым рисунком указать структуру, содержание углерода и назначение стали.

 

9.4. Контрольные вопросы

 

1. Что такое аустенит?

2. Что такое феррит?

3. Что такое цементит?

4. Что такое перлит?

5. Какова структура доэвтектоидной стали?

6. Какова структура эвтектоидной стали?

7. Какова структура заэвтектоидной стали?

8. Как маркируются углеродистые стали?

9. Что такое легирующие элементы?

10. Как обозначаются легирующие элементы по ГОСТ?

11. Что называется легированными сталями?

12. Что влияет на свойства легированных сталей?

13. Какое влияние оказывают легирующие элементы на свойства стали?

14. Что такое специальные карбиды?

15. Какие химические элементы являются карбидообразующими?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 5, 6, 8, 19].

 

 

Микроструктура чугунов

 

Цель работы: исследовать микроструктуры белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов.

Приборы и оборудование: металлографический микроскоп, комплект лабораторных образцов, атлас микроструктур.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить микроструктуры: а) белого чугуна в травленном виде,
б) серого, ковкого и высокопрочного в нетравленном и травленном видах.

2. Зарисовать и описать изучаемые структуры.

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Рисунок микроструктуры белых чугунов.

3. Рисунки микроструктур нетравленных шлифов серого, ковкого и высокопрочного чугунов.

4. Рисунки микроструктур травленных шлифов серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Указать металлические основы этих чугунов.

5. На рисунках указать структурные составляющие.

 

10.4. Контрольные вопросы

 

1. Какие сплавы называют чугунами?

2. Что такое феррит?

3. Что такое цементит?

4. Что такое перлит?

5. Какая форма графита у серого чугуна?

6. Какая форма графита у высокопрочного чугуна?

7. Как получают высокопрочный чугун?

8. Какая форма графита у ковкого чугуна?

9. Как получают ковкий чугун?

10. Какая может быть структура металлической основы чугунов?

11. На какие свойства чугунов оказывает влияние форма графита?

12. На какие свойства чугунов оказывает влияние структура основы?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 5, 6, 8, 19].

 

 

11. Изучение микроструктур
цветных металлов и сплавов

 

Цель работы: изучить микроструктуры алюминиевых, медных и антифрикционных сплавов. Установить связи между составом и структурой сплавов.

Приборы и оборудование: металлографический микроскоп, комплект лабораторных образцов, атлас микроструктур.

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить микроструктуры меди, латуни, бронзы, силумина, баббитов.

2. Зарисовать схематично исследуемые структуры с указанием структурных составляющих.

3. Указать области применения исследуемых металлов и сплавов.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Рисунки структур изученных образцов.

3. Под каждым рисунком указать структурные составляющие.

 

11.4. Контрольные вопросы

1. Что такое латунь?

2. Что такое бронза?

3. Как маркируется латунь и бронза?

4. Что такое силумин?

5. С какой целью модифицируют силумин?

6. Какие алюминиевые сплавы применяются на железнодорожном транспорте?

7. Что такое баббит?

8. Где применяются баббиты?

 

Рекомендуемая литература [1–3, 5, 6, 19].

 

 

Приборы и оборудование

 

Микроскоп МБС-9. Микроскоп может применяться для контроля малогабаритных и отдельных крупногабаритных изделий. Кроме того, он может быть использован при магнитной и капиллярной дефектоскопии.

Микроскоп позволяет видеть прямое объёмное изображение предмета в отражённом и проходящем свете.

Значительным преимуществом этого типа микроскопов является наличие систем Галилея, переключением которых достигается быстрое изменение увеличения (табл. 12.1), общий вид микроскопа см. на рис. 12.1.

Основным узлом прибора является оптическая головка 1, в которую вмонтированы все оптические детали. Выше объектива 15 в корпусе крепится на подшипниках барабан с системами Галилея. На конце оси насажены рукоятки 12, при вращении которых происходит переключение увеличений объектива. Округлённые значения увеличений нанесены на рукоятках 12 (7; 4; 2; 1; 0,6).

Таблица 12.1

Порядок выполнения работы

1. Визуально-оптическая дефектоскопия деталей состоит из следующих этапов:

– подготовки изделия к контролю и внешнего осмотра;

– настройки прибора;

– обнаружения и исследования дефектов.

2. Проверяемую деталь тщательно очистить от загрязнений и протереть насухо.

3. Внимательно провести визуальный контроль без использования приборов. Настроить прибор согласно рекомендациям, изложенным в подразд. 12.2.

4. Осмотреть деталь с использованием приборов. При наличии дефекта тщательно его исследовать, дав подробную характеристику: местоположение, вид, размеры и т. д.

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Краткое описание оборудования.

3. Порядок выполнения работы.

4. Эскизы деталей с дефектами.

5. Характеристика дефектов: вид, размеры, их влияние на работоспособность детали и др.

 

12.5. Контрольные вопросы

1. Какие приборы используются при визуально-оптическом контроле изделий?

2. Какие факторы оказывают влияние на видимость объекта контроля? Что определяет видимость?

3. Что принимается за меру контраста?

4. При каких значениях К контраст считается большим, средним, малым?

5. Какова разрешающая способность глаза?

6. В каких случаях необходима наибольшая острота зрения?

7. Какова должна быть общая и местная освещённость при визуально-оптическом контроле?

 

Рекомендуемая литература [18, 19].

Порядок выполнения работы

 

Ультразвуковая дефектоскопия деталей в общем случае включает следующие этапы:

– настройку дефектоскопа;

– подготовку контролируемой детали;

– контроль детали.

Настройка дефектоскопов. В связи со значительной трудоемкостью и ограниченным временем для выполнения работы настройка дефектоскопов осуществляется преподавателем или лаборантом.

Подготовка контролируемых деталей. Эта операция заключается в следующем. Деталь тщательно очищается от загрязнений (особенно места контроля), осматривается и укладывается в удобное для контроля положение. Для того чтобы избежать воздушной прослойки между искателем и контролируемой поверхностью (тем самым создать лучшее условие для проникновения ультразвуковых волн), места, где прикладывается искатель, обильно смазываются маслом. Для этой цели лучше всего подходит чистое компрессорное или трансформаторное масло.

Контроль детали. Перед началом контроля устанавливаются участки с наибольшей вероятностью наличия дефектов. Определяется, какие возможные эхосигналы (от канавок, проточек, противоположной поверхности и пр.) могут быть видны на экране электронно-лучевой трубки при различных положениях искательной головки. Направление ввода УЗВ выбирается таким образом, чтобы импульсы попадали на плоскость дефекта под углом, близким к прямому. Это достигается подбором определённого типа искателя.

Во время контроля искатель плотно прижимается к детали и медленно передвигается по контролируемой поверхности.

На испытуемых участках ультразвуковые волны, проходя по металлу, генерируют на электронно-лучевой трубке сигналы в соответствии с методом контроля.

 

Содержание отчёта

 

1. Описание цели работы.

2. Краткое описание используемых приборов и оснастки.

3. Порядок выполнения работы.

4. Эскиз детали с изображением местоположения дефекта.

5. Характеристика дефектов.

 

13.4. Контрольные вопросы

1. На чём основана ультразвуковая дефектоскопия?

2. Что используется в качестве источников ультразвуковых волн при ультразвуковой дефектоскопии?

3. Какие пьезоэлектрические эффекты называются прямыми и обратными?

4. Что такое искатель? Как он устроен? Для чего нужен?

5. Какова принципиальная схема ультразвукового дефектоскопа?

6. Каков принцип теневого метода контроля?

7. Каков принцип зеркально-теневого метода контроля?

8. Что такое эхоимпульсный метод контроля?

9. Какова сущность резонансного метода контроля?

10. Какова последовательность ультразвуковой дефектоскопии?

11. Как ведётся подготовка детали к контролю?

Рекомендуемая литература [12, 18].

Сущность контроля

 

Основой метода является следующий принцип: магнитный поток проходя по изделию, в котором имеется нарушение сплошности (например, трещина), в месте дефекта перераспределяется, так как образуется зона с резкоизменяющейся магнитной проницаемостью. При этом часть магнитных силовых линий выходит на поверхность, где образуется рассеяние магнитного поля (рис. 14.1).

Рассеяние над дефектом можно обнаружить с помощью магнит­ного порошка, магнитной ленты или феррозонда. При магнитопорошковой дефектоскопии для индикации дефектов используется мелкий магнитный порошок, частицы которого притягиваются полем дефекта, образуя видимый невооружённым глазом валик порошка. Интенсивность оседания порошка зависит от магнитных характеристик материала изделия и напряжённости намагничивающего поля.

Приборы и оборудование

При магнитопорошковом методе контроля используются различные дефектоскопы. Наиболее распространёнными на предприятиях железнодорожного транспорта являются ДГЭ, ДГС-М, ДГН, ПМД и др.

Выполнение данной работы производится с применением переносного дефектоскопа ПМД-70, который предназначен для контроля изделий из ферромагнитных материалов магнитопорошковым методом.

Дефектоскоп позволяет проверять изделия и узлы (как снятые, так и находящиеся в конструкции машин) и выявлять на них поверхностные трещины шириной раскрытия 0,001мм и более, глубиной 0,01 мм и более, а также другие поверхностные дефекты (наклёп, забоины и др.). Питание дефектоскопа может осуществляться от источника постоянного тока напряжением
24 В или от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Дефектосокоп состоит из блока питания, блока управления, импульсного блока и намагничивающих приспособлений, которые позволяют осуществлять намагничивание изделий различной конфигурации и размеров.

Блок управления необходим для регулирования величины тока в обмотках соленоида и электромагнита в режиме намагничивания, а также для размагничивания деталей.

Импульсный блок формирует в процессе намагничивания мощные импульсы тока, которые пропускаются по токоведушему кабелю, или с помощью электроконтактов, по контролируемой детали.

К намагничивающим устройствам относятся: шарнирный электромагнит для намагничивания отдельных участков контролируемой детали; соленоид для полюсного намагничивания изделий; намагничивающие кабели и электроконтакты, предназначенные для полюсного или циркулярного намагничивания различных по форме деталей.

Подготовка дефектоскопа к работе производится следующим образом: блок питания (БП) и блок управления (БУ) соединяются кабелем. Аналогично соединяются БП и импульсный блок (БИ). Блок питания подключается к розетке 220 В, а тумблер выключателя питания ставится в положение «включено». Контроль подключения осуществляется по загоранию на блоке лампочки.

Намагничивание детали можно осуществлять различными способами.

При намагничивании электромагнитом, его необходимо подсоединять к блоку БУ, выключатель питания на блоке поставить в положение «включено», установить электромагнит на проверяемую часть детали, переключатель на панели электромагнита поставить в положение «включено», установить максимальный ток и вести намагничивание в течение 3…4 с.

Если деталь намагничивается токоведущим кабелем, то последний нужно намотать на деталь или пропустить его по центру отверстия. Штыревые концы кабеля установить в цанговые зажимы блока импульсов, а переключатель «намагничивание-размагничивание» установить в положение «намагничивание». Включить питание на блоке и 5–6 раз нажать кнопку «пуск».

В случае необходимости намагничивания детали электроконтактами их штыревые контакты следует установить в цанговые зажимы БИ, переключатель «намагничивание-размагничивание» поставить в положение «намагничивание», включить питание на блоке БИ, плотно прижать свинцовые контакты к изделию и 5–6 раз нажать кнопку на рукоятке контактов либо кнопку «пуск».

При намагничивании соленоидом проверяемая деталь помещается внутрь катушки, соленоид подключается к блоку питания. Переключатель на панели соленоида устанавливается в положение «постоянный», а на блоке БУ – в положение «намагничивание». Включается питание и регулятором «ток» устанавливается его максимальное значение. Намагничивание ведётся в течение 5…6 с включением тумблера, расположенного на панели соленоида.

Питание соленоида можно осуществлять от сети переменного напряжения 220 В. В этом случае он подключается к розетке, переключатель на панели соленоида устанавливается в положение «переменный». Длительность намагничивания 3–5 с.

Размагничивание детали осуществляется одним из следующих способов.

При размагничивании соленоидом, получающим питание от сети переменного тока, необходимо медленно удалить деталь из отверстия включённого соленоида на расстояние 1…1,5 м. При размагничивании соленоидом, подключённым к блоку управления, или электромагнитом переключатель «питание» на блоке БУ поставить в положение «включено», а переключатель «намагничивание-размагничивание» – в положение «размагничивание». Установить магнит на проверяемую деталь или деталь в отверстие соленоида таким образом, как они были установлены при намагничивании. Включить питание, рукоятку «ток» на БУ повернуть почасовой стрелке до отказа, а затем в те