книги / Физические методы исследования металлов и сплавов

Таблица 3.2 Критические точки стали при нагреве и охлаждении

Таблица 3.3

Развитие превращения

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

В первую очередь определить стандартное отклонение выборки (результатов измерений) для каждой степени деформации по формуле

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

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