книги / Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения

магнитные поля, а параметрами контроля являют­ ся амплитуда и фаза основной частоты ЭДС, ин­ дуцируемой в первичном преобразователе при взаимодействии поля возбуждения с контроли­ руемым объектом. Хьюз был первым, кто приме­ нил электромагнитные методы контроля.

Приборы, реализующие вихретоковый метод контроля, принято называть вихретоковыми структуроскопами. Они позволяют оценивать сте­ пень химической чистоты электропроводящих ма­ териалов, сортировать изделия и полуфабрикаты по маркам (химическому составу) материала, по твердости, прочности и т. д. Структуроскопами можно выявлять неоднородные по структуре зоны, например мягкие пятна, оценивать глубину и ка­ чество механической, термической и химико­ термической обработки на разных стадиях техно­ логического производства, С помощью структуроскопов можно определять и степень механических напряжений, выявлять зоны усталости, контроли­ ровать качество поверхностных слоев.

Применение неразрушающего вихретокового контроля возможно только при установлении кор­ реляционных связей между физико-химическими свойствами материала и сигналами вихретокового преобразователя. Эти связи проявляются через электрофизические свойства материала, т. е. через удельную электрическую проводимость ст и маг­ нитные характеристики.

Низкочастотные структуроскопы («Орион», Магнатест Q, ЭМИД-3, ЭМИД-4М, ЭМИД-8М, ДИ-4 и др.) в диапазоне частот от 3 до 100 Гц с проходными преобразователями позволяют визу­ ально или автоматически анализировать высоту и форму фигуры Лиссажу. По параметрам фигуры Лиссажу возможен контроль термической, хими­ ко-термической обработки, а также сортировка по маркам изделий из ферромагнитных сталей. Для сортировки изделий с помощью упомянутых при­ боров необходимо провести ряд предварительных экспериментов непосредственно на объектах с по­ следующим их сравнением с данными механиче­ ских испытаний, химического состава, металло­ графических исследований с целью выбора силы намагничивающего тока и режима настройки при­ бора. Метод нашел широкое применение на заво­ дах тракторной и автомобильной промышленно­ сти для контроля поковок шатуна, стоек передней подвески, рычагов рулевого управления и т. д.

Модификацией приборов типа ЭМИД стал при­ бор ВС-10П, работающий на частоте 175 Гц с це­ лью уменьшения влияния сетевого напряжения на результат контроля. Приборы типа ВС-10П при­ меняют для контроля твердости изделий из кон­ струкционных сталей при низких температурах отпуска (200-450 °С), т. к. для большинства кон­ струкционных сталей существует однозначная зависимость между показаниями прибора и твер­ достью.

Разновидностями низкочастотного электромаг­ нитного метода контроля являются способы реги­ страции динамических петель магнитного гистере­ зиса или их отдельных параметров (площадь ди­ намической петли гистерезиса, динамическая коэрцитивная сила и т. д.). Следует отметить, что использование потерь для контроля твердости от­ пущенных изделий эффективно лишь до темпера­ туры отпуска 600 °С, поскольку выше этих темпе­ ратур коэффициент корреляции между потерями и твердостью снижается.

Структуроскоп ВС-11П отличается от прибора ВС-10П наличием блока выделения амплитуды третьей гармоники основной частоты; прибор ВС-17П представляет собой дальнейшее развитие структуроскопов серии ВС. Он автоматизирован на основе встроенного микропроцессора и по­ зволяет выделить фазу и амплитуду основной, третьей и пятой гармоник сигнала. Прибор КАП-1 применяется для контроля твердости труб, для получения информации используется вторая гар­ моника.

Учитывая, что информационный объем металла в методе вихревых токов сосредоточен в поверх­ ностном слое, этот метод наиболее часто исполь­ зуют для оценки состояния поверхностных слоев металла. Поскольку в 90 % случаев начало разру­ шения металлических деталей лежит в поверх­ ностном слое, прочность таких деталей зависит от качества поверхностного слоя, полученного в ре­ зультате самых различных обработок (химико-тер­ мической, наклепа, ТВЧ-закалки), или, наоборот, от дефектов поверхностного слоя (шлифовочные прижоги, наводораживание, на титановых дета­ лях — наличие альфированных слоев).

За рубежом вихретоковые приборы выпускают фирмы «Ферстер», «Хеллинг» (Германия).

Вихретоковая структуроскопия изделий из неферромагнитных материалов основана на

изменении удельной электропроводимости. Выпус­ каются измерители электрической проводимости ВЭ-20НЦ, ВЭ-21НЦ, ВЭ-10НЦ, ВЭ-17НЦ, ВЭ-96. Известные в России разработчики вихретоковых приборов — научно-производственный центр «Кропус», «АКА» и т. д.

2.S.3.3. Метод магнитных шумов Баркгаузена

В основе метода магнитных шумов лежит эф­ фект Баркгаузена. Ряд принципиальных особенно­ стей выделяет метод магнитных шумов из числа известных электромагнитных методов контроля и делает его применение в некоторых случаях более предпочтительным или даже единственно воз­ можным. К таким особенностям следует отнести доменный уровень информации: параметры от­ дельного скачка Баркгаузена и потока в целом заключают в себе информацию о характере маг­ нитной текстуры, движении и взаимодействии междоменных стенок, распределении локальных внутренних напряжений и т. д. Поэтому метод магнитных шумов потенциально является более информативным методом анализа, чем другие электромагнитные методы. Метод Баркгаузена позволяет выявлять неоднородность микрострук­ туры в очень малых объемах. Минимальная пло­ щадь локализации при контроле — менее 1 мм2

Физические основы метода магнитных шу­ мов. Существует несколько разновидностей эф­ фекта Баркгаузена в зависимости от причин воз­ никновения скачков — магнитный, механический, химический, температурный. Неразрушающий контроль в основном базируется на магнитном эффекте Баркгаузена, который заключается в скачкообразном изменении намагниченности фер­ ромагнетика при воздействии внешнего магнитно­ го поля. Скачки намагниченности и называют шу­ мами Баркгаузена.

Причиной их возникновения являются резкие изменения намагниченнности металлов, возбуж­ даемые приложенным переменным магнитным полем. Основной механизм возникновения скач­ ков Баркгаузена — необратимое движение домен­ ных стенок, возникающее в момент преодоления потенциального барьера. Как известно, ферромаг­ нетики состоят из большого числа доменов, отде­ ленных друг от друга стенкой. Домены намагни­ чиваются до насыщения по оси легкого намагни­ чивания. Результирующий магнитный момент

всего объема материала определяется по сумме магнитных моментов всех доменов. В отсутствие внешнего магнитного поля результирующий маг­ нитный момент равен нулю.

Если каким-то образом заставить границу до­ мена совершить перемещение, то вектор магнит­ ного момента области, пересекаемой границей до­ мена, изменит свое направление на противопо­ ложное, приводя к возникновению электрического импульса. В некотором объеме материала в ре­ зультате перемещения стенок всех доменов и сло­ жения всех электрических импульсов генерирует­ ся шумоподобный сигнал, называемый шумом Баркгаузена.

Перемещение стенок домена можно вызвать воздействием на образец магнитного поля. В слу­ чае переменного магнитного поля стенки домена будут совершать возвратно-поступательное дви­ жение. На рис. 2.5.27 показан всплеск шумового сигнала, генерируемого в результате воздействия на образец полупериодом переменного магнитно­ го поля.

Амплитуда шумовых импульсных сигналов имеет максимальную величину в момент, когда скорость изменения магнитной индукции макси­ мальна, т. е. в точке максимальной крутизны кри­ вой петли гистерезиса. Очевидна корреляция меж­ ду уровнем шумов Баркгаузена и соответствую­ щей точкой на петле гистерезиса. Чем выше крутизна кривой петли гистерезиса, тем выше уровень шумов Баркгаузена.

Рис. 2.5.27. Зависимость шумов Баркгаузена от крутизны петли гистерезиса

Уровень шумов Баркгаузена может быть коли­ чественно оценен несколькими способами. Часто используют определение значения максимальной амплитуды шумового сигнала, значение средневыпрямленной ЭДС в зависимости от скачков Баркгаузена или спектральную плотность мощно­ сти шума.

Перемещение стенок доменов и, как следствие, уровень шумов Баркгаузена, генерируемых под воздействием внешнего переменного магнитного поля, зависят от внутреннего напряжения и мик­ роструктуры исследуемого металла. Этот факт объясняется тем, что число доменов в ферромаг­ нитном образце, их размер, форма и направление намагниченности удовлетворяют условию мини­ мума свободной энергии. В отсутствие внешнего магнитного поля доменные границы проходят по тем местам в кристаллической решетке ферромаг­ нетика, которые соответствуют минимуму свобод­ ной энергии образца. Минимальное увеличение свободной энергии вызовет доменная граница, располагаясь по местам, соответствующим мини­ муму свободной энергии.

Таким образом, положение границ между до­ менами в отсутствие внешнего магнитного поля определяется действием внутренних напряжений, вызванных деформациями кристаллической ре­ шетки ферромагнетика.

Влияние внешних воздействий и структуры металла на шумы Баркгаузена. Почти все ис­ следователи эффекта Баркгаузена отмечают его высокую чувствительность к различным внешним воздействиям и структурным изменениям ферро­ магнитного материала. Изменения температуры ферромагнетика, воздействие на него механиче­ ских нагрузок, структурно-фазовые превращения ведут к изменению плотности энергии доменной границы, что неизбежно отразится на количестве скачков Баркгаузена и их амплитуде.

Эффект Баркгаузена изменяется в широких пределах, если в ферромагнитном образце создать искусственную магнитную анизотропию, деформи­ ровав его. Влияние механических напряжений объ­ ясняется прежде всего тем, что упругие напряжения ведут к изменению спонтанной намагниченности. Поскольку воздействие упругого напряжения добав­ ляет в полную энергию ферромагнитного образца магнитоупругую энергию, характер этого влияния будет определяться знаком магнитострикции.

Если образец с положительной магнитострикцией подвергнуть одноосному растяжению вдоль направления действия магнитного поля, то это вы­ зовет увеличение интенсивности шумов Баркгау­ зена. Соответственно сжимающее напряжение или намагничивание, перпендикулярное растягиваю­ щему напряжению, вызовет ее уменьшение. Вы­ званный упругими напряжениями рост доменов, вектор намагниченности которых ориентирован вдоль линий действия напряжений, приводит к увеличению 180-градусных доменных границ, движение которых вызывает шумы Баркгаузена. Сжимающее напряжение или намагничивание, перпендикулярное растягивающему напряжению, ведет к уменьшению числа таких границ. Влияние упругих напряжений на доменную структуру фер­ ромагнитного образца, обладающего положительной магнитострикцией, представлено на рис. 2.5.28. Растяжение и намагничивание вызывают подоб­ ные изменения доменной структуры. Следова­ тельно, при растяжении образца с положительной магнитострикцией вдоль направления намагничи­ вания уровень магнитных шумов растет. Нагрузки сжатия и намагничивания вызывают противопо­ ложное изменение доменной структуры, приводя­ щее к снижению уровня шумов Баркгаузена в об­ разце. В реальных ферромагнитных образцах мо­ гут наблюдаться сложные зависимости параметров шумов Баркгаузена от механических напряжений.

Рис. 2.5.28. Влияние упругих напряжений и намагничивания на доменную структуру ферромагнетика

Пластическая деформация сильно влияет на ин­ тенсивность магнитного шума. Это объясняется измельчением скачков Баркгаузена, связанным с изменениями потенциального рельефа при увели­

чении плотности дислокаций На шумы Баркгаузена значительное влияние

оказывает амплитуда перемагничивающего поля На. Рост напряжения шумов определяется увели­ чением количества скачков Баркгаузена в единицу времени за счет увеличения крутизны намагничи­

вающего поля.

Таким образом, на основе определенной связи между внешним воздействием, внешним магнит­ ным полем и генерируемым шумовым сигналом можно определить приложенные и остаточные напряжения в ферромагнитном материале. Коли­ чественная оценка напряжения осуществляется после калибровки измеренного уровня шумового сигнала по отношению к абсолютной величине внутреннего напряжения, определенной другими методами.

Параметры шумов Баркгаузена обладают высо­ кой чувствительностью к упругим растягивающим напряжениям и меньшей чувствительностью к сжимающим. С учетом относительной простоты процедуры измерений, высокой производительно­ сти и локальности контроля, а также возможности контроля изделий сложной формы метод шумов Баркгаузена имеет преимущества перед другими методами измерения напряжений.

Применение метода магнитных шумов Баркгау­ зена для контроля состояния поверхности при ис­ пользовании различных видов поверхностно-упроч- няющих технологий (химико-термической обработ­ ки, обработки концентрированными источниками тепла) является одним из динамично развиваю­ щихся направлений неразрушающего контроля.

С применением магнитных шумов Баркгаузена разработаны методики контроля лазерноупрочненных слоев. Задача контроля сводится к учету влияния на градуировочные характеристики при­ бора факторов локальности зон упрочнения в виде пятна или дорожки, образующихся в результате воздействия концентрированного теплового ис­ точника на поверхность изделия. Основным кри­ терием определения качества лазерного упрочне­ ния является оценка глубины закалки.

Представляется перспективным применение метода магнитных шумов для контроля качества

химико-термической обработки при оценке глуби­ ны упрочняющих слоев после азотирования, це­ ментации, нитроцементации.

Целенаправленное деформирование поверх­ ностного слоя металла создает благоприятное рас­ пределение напряжений по сечению детали. Известны примеры контроля с помощью магнит­ ных шумов структурного состояния поверхност­ ного слоя конструкционных сталей, упрочненных поверхностно-пластическим деформированием. Целесообразность использования этого метода при решении задачи контроля обусловлена, во-первых, тем, что глубина анализируемого слоя, где и происходят основные процессы, сопровож­ дающие поверхностно-пластическое деформиро­ вание, составляет до 1 мм. Во-вторых, благодаря тесной взаимосвязи доменной структуры с кри­ сталлической структурой ферромагнетика шумы Баркгаузена с высокой чувствительностью реаги­ руют и на возникающие напряжения, и на струк­ турные изменения, происходящие в поверхност­ ном слое.

На основании исследования влияния микро­ структуры на магнитные шумы установлено, что уменьшение твердости закаленных деталей приво­ дит к увеличению амплитуды шумового сигнала Баркгаузена. Причем шумовая составляющая от изменения внутреннего напряжения может быть дифференцирована от шумовой составляющей, генерируемой дефектами микроструктуры путем исследования характера шумового сигнала в ис­ следуемой области в зависимости от силы внеш­ него магнитного поля.

Одно из направлений применения метода маг­ нитных шумов Баркгаузена связано с обнаружени­ ем дефектов, вызванных тепловым воздействием (известных в практике как прижоги или места с пониженной твердостью), при контроле процессов поверхностной закалки или химико-термической обработки.

При исследовании усталости металлов была обнаружена зависимость между магнитоупругостью (уровнем шума Баркгаузена) и временем раз­ рушения изделия — чем выше параметр магнитоупругости, тем быстрее наступает разрушение де­ тали. Следовательно, метод магнитных шумов можно использовать для предсказания характера поведения закаленных деталей, находящихся под нагрузкой, вызывающей в них усталость.

Приборы для измерения магнитных шумов Баркгаузена. Для того чтобы в испытуемом мате­ риале возник шумовой сигнал, необходимо воз­ действовать на материал переменным магнитным полем, контролируемым по величине. Генерируе­ мый материалом под действием внешнего магнит­ ного поля шумовой сигнал считывается датчиком и калибруется. Результат несет информацию о ве­ личине внутреннего напряжения и дефектности микроструктуры тестируемого материала.

Для измерения параметров шумов Баркгаузена используются различные комплексы приборов и устройств. Все они могут быть отнесены к одному из трех классов: установки для физических иссле­ дований магнитных свойств; однопараметровые приборы технического назначения и многопараметровые приборы и системы.

Для получения информации о доменной струк­ туре используются установки и комплексы прибо­ ров, позволяющие фиксировать отдельные скачки Баркгаузена и регистрировать их параметры. При­ боры технического назначения предназначены для проведения исследований в области неразрушаю­ щего контроля и при контроле в промышленности.

Для организации контроля используются, как правило, опытные образцы приборов.

Группа приборов разработана в Беларуси. Среди них магнитошумовой структуроскоп «Интромат», обеспечивающий быстрое сканирование больших поверхностей, запоминание кривых не менее чем для ста материалов, автоматический выбор тока перемагничивания, набор глубин проникновения. Более совершенная его версия — «Томоскоп», по­ зволяющий реконструировать функцию распреде­ ления твердости или напряжений по глубине ана­ лизируемого слоя. Прибор работает в диалоговом режиме. Прибор типа «МАША» предназначен для контроля качества режущего инструмента различ­ ных наименований.

Группа приборов типа «СКИФ» разработана Ижевским механическим институтом. Приборы не содержат специального генератора перемагничивающего тока (перемагничивание осуществляется токами промышленной частоты) и измеряют средневыпрямленное напряжение шумов Баркгаузена.

Прибор «СКИФ-1» — со стрелочной индикаци­ ей, одноканальный, «СКИФ-2» имеет второй канал для работы в качестве ферритометра с использо­ ванием точечного датчика. Ппибоо «СКИФ-3»

имеет третий дополнительный канал для контроля больших глубин упрочненных слоев.

В МИПО «СПЕКТР» для контроля лазерного упрочнения разработан и изготовлен индикатор качества упрочнения ИКУ-1. В приборе имеются встроенный контроллер и перепрограммируемая память, позволяющая получать градуировочные за­ висимости для решения конкретных задач контроля.

На регистрации мгновенных амплитудных значений напряжений шумов Баркгаузена осно­ ван серийный прибор «Стрескан-100» фирмы «АМСКАН» (США). Его отличительной особен­ ностью является наличие встроенной микроЭВМ, позволяющей автоматизировать процесс измере­ ния, обеспечивать индикацию механических на­ пряжений в цифровом виде. Опытная эксплуата­ ция прибора в России подтвердила перспектив­ ность его использования на производстве.

2.5.3.4. Термоэлектрический неразрушающий метод контроля

Необычайно высокая чувствительность термоЭДС (ТЭДС) к присутствию примесей и дефектов в металле предопределила большие возможности ее использования для контроля количества примесей, упругих напряжений, фазовых превращений. Тер­ моэлектрические приборы находят все более ши­ рокое применение в решении различных задач не­ разрушающего контроля, в частности при контро­ ле химического состава, разбраковке по маркам, толщинометрии и т. д.

Физические основы термоэлектрического метода. Термоэлектрический метод основан на эффекте Зеебека, связанном с возникновением

вметалле ТЭДС. Эффект Зеебека состоит в воз­ никновении ЭДС, а следовательно, и тока в цепи, состоящей из разнородных металлов, места соеди­ нений которых имеют разную температуру. Сво­ бодные электроны в металлах (электроны прово­ димости) обладают энергией, величина которой различна у разных металлов. При соединении раз­ нородных металлов часть электронов из металла,

вкотором их энергия больше, перемещается в ме­ талл с меньшей энергией электронов. Нагрев мес­ та контакта разнородных металлов увеличивает эффект перемещения электронов и позволяет по­ лучить ток достаточно большой величины. Вели­ чина тока зависит от природы металлов проволоки

иразности температур двух спаев.

Для определения термоэлектрических величин обычно используют значения ТЭДС. Зависимость ТЭДС от температуры спая выражается соотноше­

нием

E = a T + b f + c f ,

где Е - значение ТЭДС спая, мВ; Т - температура контакта; о, Ь, с — коэффициенты, характеризую­ щие природу металлов, образующих контактную пару. На практике чаще всего пользуются первыми двумя членами соотношения. Между величиной ТЭДС и температурой спая прямая зависимость отсутствует. Поэтому при изучении термоэлек­ трических свойств целесообразно пользоваться величиной ТЭДС, приходящейся на один градус

(е) (в дифференциальной форме)

HF

е =— = а+ 2ЬТ + Зс2Т еТ

Однако в небольшом определенном интервале температур зависимость величины ТЭДС от раз­ ности температур горячего и холодного спаев практически линейная:

Е = а(Тг - Т х\

где а — удельная ТЭДС, отражающая физические свойства материала пары.

В случае, когда замкнутая цепь контактирую­ щих между собой материалов состоит из трех и более разных металлов, последовательно соеди­ ненных, но имеющих в местах соединения одина­ ковую температуру, отличную от температуры свободных концов цепи, разность потенциалов на двух крайних проводниках не будет зависеть от разности потенциалов промежуточных звеньев.

При рассмотрении процессов, протекающих в контуре, составленном из горячего и холодного электродов (рис. 2.5.29) классической схемы тер­ моэлектрического прибора неразрушающего кон­ троля, обращают внимание на распределение тем­ пературных полей в зоне контакта. Если элек­ трод /, изготовленный из меди и подогретый до температуры 7), получает постоянный приток теп­ ловой энергии от нагревающего элемента 2 и на­ ходится в равновесном температурном состоянии при установившемся режиме теплообмена с окру­ жающей средой, а электрод 3 (объект контроля) до момента соприкосновения с электродом 1 имеет

температуру окружающей среды Т2(разность тем­ ператур Т обоих электродов примем постоянной), то при их соприкосновении возникнет тепловой поток, интенсивность которого тем больше, чем больше значение Т. При этом в цепи контура будет протекать ток, фиксируемый индикатором Г.

Рис. 2.5.29. Схема контактирования

при термоэлектрическом контроле:

1— медный электрод; 2 — нагревательный элемент;

3 — объект контроля

Описанному эффекту способствуют опреде­ ленные физические процессы. При одинаковой температуре электродов 1 и 3 в контакте возникает разность потенциалов U, определяемая разностью работ выхода электронов холодного и горячего электродов. Если между электродами создать пе­ репад температур Т путем подогрева электрода 1, то в точке контакта электродов установится тем­ пература, отличная от температуры противопо­ ложных концов обоих электродов. Разность тем­ ператур на концах электрода 1 будет незначитель­ ной и равной потере тепла в месте контакта с электродом 3. Для электрода 3 эта разность значи­ тельно больше и равна разности температур окру­ жающей среды и температуры в месте контакта с электродом 1. Учитывая суммарную разность тем­ ператур, получим значение ТЭДС для контура, составленного из упомянутых выше металлов.

Физическая природа ТЭДС, возникающая при контакте электродов в термоэлектрическом при­ боре, отлична от природы ТЭДС в термопарах при измерении температур и определяется зависимо­ стью контактной разности потенциалов от темпе­ ратуры, величиной удельной ТЭДС и электронно­ фотонным взаимодействием в горячем электроде. Величина ТЭДС пропорциональна первой степени величины заряда электрона, поэтому знак ТЭДС, получаемой при контакте горячего электрода с различными металлами, может быть отрицатель-

ным, когда носителями заряда являются электро­ ны, и положительным, когда носители заряда — дырки.

Термоэлектрические приборы неразрушаю­ щего контроля. В основу разработки приборов неразрушающего контроля положен принцип ме­ ханического контакта с изделием. Термоэлектри­ ческая цепь создается между изделием и выпол­ ненными из заданного материала электродами, соединенными с чувствительным индикаторным прибором. Между электродами поддерживается постоянная разность температур. При этом ис­ пользуется одна из двух схем создания и измере­ ния ТЭДС. Эти схемы получили название простой и дифференциальной. Обе схемы представлены на рис. 2.5.30. При использовании простой схемы из­ меряют интегральную ТЭДС, возникающую меж­ ду материалом электродов и материалом изделия. ТЭДС в паразитных контактах сводится к нулю за счет создания условий с одинаковой температу­ рой. Для повышения чувствительности материал электродов подбирается близким к материалу из­ делий.

При дифференциальной схеме в термоэлектри­ ческую цепь в качестве активного элемента входит материал эталона, включаемого между горячим электродом и индикаторным прибором. ТЭДС, возникающая в горячем контакте электрода с эта­ лоном, полностью или частично компенсирует из­ меряемую ТЭДС между горячим электродом и из­ делием. Дифференциальная схема применяется в основном при разбраковке металлических мате­ риалов. При условии равенства температур в кон­ тактах электрод—эталон и электрод—изделие ре­ зультирующая ТЭДС равна величине ТЭДС в паре изделие—эталон. Такая схема измерений соответ­ ствует нулевой ТЭДС. Разбраковка по нулевому методу осуществима даже при изменяющейся раз­ ности температур между горячим и холодным электродами.

Температура холодного электрода определяется температурой окружающей среды или поддержи­ вается выше нее регулятором температуры. Тем­ пература горячего электрода регулируется автома­ тически.

Одними из первых в стране были разработаны приборы ТЭДС-2, ТЭДС-6 и ТЭДС-7. Они широко применялись на предприятиях машиностроения для целей качественного неразрушающего кон­

троля химического состава и принадлежности сплавов к той или иной марке. Приборы ТЭДС-2 и ТЭДС-6 приспособлены для работы в условиях склада металлов. С этой целью горячий и холод­ ный электроды смонтированы в выносном щупе. Прибор ТЭДС-7 предназначен для контроля боль­ ших партий мелких деталей.

дифференциальная (б) схемы измерения ТЭДС:

1— холодный электрод; 2 — нагреваемый электрод;

3 — индикаторный прибор;

4— контролируемый образец; 5 — эталон; Т{. Т2— температуры в контактах

Для сортировки большой номенклатуры марок металлов разработан прибор ПМС-2, где в качестве индикатора использовался микроамперметр М-95. Горячий электрод нагрет до температуры 120 °С. На базе этого прибора создано сортирующее устройство ТСП-16 с большим диапазоном средств регулирования.

Приборы типа ФЛТ используют метод «нуля», «знака ТЭДС» и «отклонения стрелки».

Для контроля содержания примесей в сталях, в том числе по ходу плавки, широкое распростране­ ние получили приборы типа К-2 и К-17.

Указанные приборы имеют различные пре­ имущества при решении конкретных задач при организации контроля. Основным их недостатком является отсутствие цельной конструкции. Как правило, это комбинации приборов широкого на­ значения.

Приборы N-1 и ПМС-МП снабжены электрон­ ной схемой усиления регистрирующего сигнала, однако отсутствие системы поддержания постоян­ ной разности температур не позволяет использо­ вать эти приборы на производстве.

Выпускавшийся Запорожским опытным заводом НИИ интроскопии ТЭП-10К разработан в ВИАМе совместно с НИИ интроскопии. Прибор выполнен

Практическое применение термоэлектриче­ ского метода неразрушающего контроля. Тер­ моэлектрический метод неразрушающего контро­ ля применяется для решения задач сортировки ме­ таллов по маркам (химоскопии), структуроскопии, контроля качества химико-термической обработки и толщинометрии. Метод черезвычайно прост в эксплуатации и не чувствителен к ряду мешающих факторов. Метод не является конкурентом тради­ ционных магнитных и электромагнитных методов анализа. Он дополняет и расширяет диапазон ре­ шаемых задач при неразушающем контроле.

Сортировка металлов по маркам производится при входном контроле материалов на складах, в цехах, в составе конструкций при подтверждении марки материала изделия в сборке. При термо­ электрическом контроле возможны три режима сортировки: «нулевой», «знаковый» и «абсолют­ ный». Нулевой режим применяют в случае, когда из набора сортируемых металлических образцов необходимо выбрать одну марку металла. Знако­ вый режим удобен при выборе двух марок метал­ ла. В этом случае материал электрода подбирают таким, чтобы в паре с одним металлом он давал ТЭДС со знаком «плюс», а в паре с другим — со знаком «минус». Режим измерения абсолютного значения ТЭДС используют во всех остальных случаях. В этом режиме применяют, как правило, медный наконечник горячего электрода. Для про­ ведения сортировки материалов по ТЭДС необхо­ димо иметь статистический материал по значени­ ям ТЭДС контролируемых материалов и данные по влиянию изменения химического состава в пределах марочного на величину ТЭДС.

Литература

1.Апаев Б.А. Фазовый магнитный анализ спла­ вов. М.: Металлургия, 1976. 281 с.

2.Баш В.Я. Исследование напряжений и дефор­ маций термоэлектрическим методом. Киев: Наукова думка, 1984. 106 с.

3.ВидаГ.В.//Дефектоскопия.2002. Вып. 6. С. 19-33.

4.Венгринович В.Л. Магнитошумовая структуроскопия. Минск: Наука и техника, 1991. 238 с.

5.Винтайкин Е.З. // Физика металлов и металло­

ведение. 1970. Вып. 6 . С. 1245-1249.

6 . ГОСТ 30415-96 «СТАЛЬ. Неразрушающий кон­ троль механических свойств и микроструктуры металлопродукции магнитным методом».

7.Гришаков С.В., Ковалев А.И. Оценка напря­ жений и повреждений в ферромагнитных ма­ териалах методом магнитных шумов. Киев: Наукова думка, 1991. 151 с.

8. Денель А.К., Дефектоскопия металлов. М.: Машиностроение, 1972. 304 с.

9.Дорофеев А.Л. Физические основы электро­ магнитной структуроскопии. Новосибирск: Наука, 1985. 179 с.

10.Кулик В.Я., Бусько В.Н. Заводская лаборато­ рия. 2003. Т. 69, Вып. 2. С. 40-51.

11.Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

12.Ломаев Г.В., Малышев В.С., Дегтярев А.П. // Дефектоскопия. 1984. Вып. 3. С. 54-70.

13. Лухвич А.А., Карелик А.С., Шарандо В.И. Структурная зависимость термоэлектрических свойств и неразрушающий контроль. Минск: Наука и техника, 1990. 190 с.

14.Мельгуй М.А. Магнитный контроль механиче­ ских свойств сталей. Минск: Наука и техника, 1980. 138 с.

15.Меринов П.Е., КарееваМ.А., Григорьев Б.П. Метод магнитного насыщения для аттестации стандартных образцов ферритной фазы в ста­ лях аустенитно-ферритного класса // Тр. / ЦНИИТМАШ. 1989. № 215. С. 72-76.

16.Михеев М.Н., Горкунов Э.С. // Дефектоскопия. 1985. Вып. 3. С. 3-21.

17.Они же. Магнитные методы структурного ана­ лиза и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993.247 с.

18.Мужицкий В.Ф., Попов Б.Е., Безлюдько Г.Я. // Контроль. Диагностика. № 9. 2000. С. 48-50.

19.Новиков В.Ф., Яценко Т.Я., Бахарев М.С. // Дефектоскопия. 2001. Вып. 11. С. 51-57.

20.Приборы для неразрушающего контроля мате­ риалов и изделий: Справ.: В 2 т. / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986.

352 с.

21. Физические методы исследования металлов. Т. 1 / Под ред. акад. С.Т. Кишкина. М.: Маши­ ностроение, 1971. 554 с.

22.Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: Изд-во МГУ, 1963. 82 с.

23.Stefanito G.G., Athertov D.L. // Acta mater. 2000. V. 48, N 3. P.3545-3551.

В соответствии с определением масштабных уровней в структуре твердого тела оптическая ме­ таллография позволяет реализовать прямое наблю­ дение различных макро-, мезо- и микроскопиче­ ских элементов внутреннего строения с после­ дующим качественным и количественным морфо­ логическим анализом. Термин «оптическая» применяется в широком смысле. Под ним подра­ зумевается комплекс известных методик, основан­ ных на использовании электромагнитных волн как носителей информации: оптика в диапазоне види­ мых (световых) лучей, рентгеновская, электрон­ ная, ионная и др. микроскопия. В таком толкова­ нии удобно и физически обоснованно рассматри­ вать возможности, ограничения и целесообразность применения тех или иных методик. В табл. 1.1 указаны основные физико-аналитические методы, используемые для исследования внутреннего

Б.К. Барахтин

строения металлов и сплавов. Применение элек­ тромагнитных волн дает возможность изучать структуры в диапазонах мезо- и микроскопическо­ го масштабных уровней. Причем выбор длины волны опорного сигнала однозначно определяет оптическое разрешение, с которым можно наблю­ дать желаемый объект.

В физическом материаловедении метод свето­ вой металлографии занимает одно из ведущих мест. Столь категоричное утверждение обоснова­ но как историей становления научного металлове­ дения, так и популярностью этого метода в прак­ тической деятельности человека. Видимый свет в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм является основным источником и носителем информации об окружающем пространстве. В материаловеде­ нии он позволяет наблюдать объекты с разреше­ нием до 200 нм.

В методе световой (оптической) металлографии вся информация об изучаемом объекте (пробе ме­ талла, образце) содержится в изображении, кото­ рое формируется в результате взаимодействия (интерференции) основной (опорной) и отражен­ ной или рассеянной образцом электромагнитной волны. Представляя опорную электромагнитную волну в общем виде как

А = А0 sin(co/ + <р),

где А и А0 амплитуды волны в разные моменты времени /; со и ф — частота и фаза ее колебаний,

можно заключить, что материальная среда, в кото­ рой распространяется волновой процесс, способна воздействовать на него через амплитуду, частоту и фазу колебаний. Другими словами, исследуемое вещество «модулирует» опорный сигнал, а экспе­ риментатор, зная параметры сигнала (амплитуду, частоту и фазу), по интерференционной картине восстанавливает характер взаимодействия волн, пытаясь установить физические первопричины полученного изображения (интерференционного контраста). Схема отражения оптической (свето­ вой) волны поверхностью металлического образца