Методы контроля качества биметаллов
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
- Получение биметаллов сваркой взрывом.
1.1 Технологические основы промышленного производства биметаллов сваркой взрывом.
1.2 Практические результаты производства биметалла сваркой взрывом.
- Устройство для прессования биметаллических изделий из порошков.
- Методы контроля качества биметаллов.
3.1 Контроль прочности сцепления и соотношения толщин слоев биметаллов.
3.2 Контроль механических и эксплуатационных свойств биметаллов.
Заключение
Список
используемой литературы
Введение.
Биметалл (от би... и металл), металлический материал, состоящий из 2 слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, алюминий и титан, титан и молибден и др.). Применяют для повышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы с целью экономии дорогостоящих и дефицитных металлов или как материал со специальными свойствами. Например, в электро- и радиотехнике распространение биметаллов обусловлено тем, что плотность переменного тока падает от периферии проводника к его середине, поэтому иногда целесообразно поверхность провода из более дешёвого материала (сталь, алюминий) покрывать хорошим проводником (медь, серебро). Применение биметаллов в приборостроении основано на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов, из которых состоят биметаллические пластины. В машиностроении из биметаллов изготовляют детали машин и механизмов (например, втулки подшипников).
Биметаллы изготовляют главным образом одновременной прокаткой (или прессованием) двух заготовок различных металлов (или сплавов). Распространены также заливка легкоплавкого металла по тугоплавкому и погружение тугоплавкого металла в расплавленный легкоплавкий металл. При гальваническом способе слой более ценного металла наносят электролитически. Более твёрдые — дорогие и дефицитные — сплавы наплавляют на сталь электронагревом (при производстве режущего инструмента, штампов и пр.).
Биметаллы разделяются на три основные группы:
1) биметаллы — заменители, в которых плакирующим слоем является более дефицитный металл, а основным менее дефицитный;
2)
биметаллы с плакирующим слоем
из металла высокой
3)
биметаллы, состоящие из двух
металлов с различными
Биметаллы изготовляются прокаткой, литьем, сваркой и наплавкой и выпускаются в виде листов, полос, лент, проволоки, труб, вкладышей и антифрикционных втулок и пр.
При изготовлении биметаллов общим для всех групп является предварительная очистка от окислов поверхностей основного и плакирующего слоев металла путем травления, обдувки песком и дробью:
Этот способ испытан более чем на 400 различных биметаллах и сплавах.
Литые
биметаллы изготовляются
При получении биметаллов сваркой плакирующий слой — тонкие листы легированной стали соединяются с основным слоем — толстыми листами малоуглеродистой стали посредством точечной сварки, сварки с интервалами (сварка швом) и сварки в полоску.
Способ
получения биметаллов наплавкой
состоит в наплавлении
Биметаллы
испытываются на изгиб, скручивание, растяжение,
повторное сжатие и на воздействие
резкой перемены температуры с последующим
продавливанием.
1. Получение биметаллов сваркой взрывом.
Наиболее перспективным технологическим процессом, позволяющим получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, является сварка взрывом.
Под определением «технологии
сварки взрывом» понимается
Неподвижную пластину (основание) 4
и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают
под углом α = 2-16° на заданном расстоянии
h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину
укладывают заряд ВВ 2. В вершине угла устанавливают
детонатор 1. Сварка производится на опоре
5.
Рис. 1. Угловая схема сварки взрывом до начала (а) и на стадии взрыва (б)
Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла. В результате деформации и нагрева развиваются физический контакт, активация свариваемых поверхностей и образуются соединения.
Основная задача при создании технологии производства биметаллов – обеспечить прочное соединение слоев без изменения их исходных свойств. Наиболее полно эта задача решается при использовании метода сварки взрывом. При получении биметаллов сваркой взрывом слои металлов, из которых они состоят, сохраняют свойства, которыми они обладали до соединения.
1.1. Технологические основы промышленного производства биметаллов сваркой взрывом.
В настоящее время условия производства биметалла сваркой взрывом и его использования изменились. Отсутствие предложений такого биметалла на отечественном рынке восполняют зарубежные компании, в частности, из Франции, которые имеют хорошо отлаженное производство, включающее не только сварку взрывом, но и последующую термообработку, и отделку биметалла.
В
связи с этим к современному производству
биметалла сваркой взрывом
- высокое качество при конкурентной цене;
- круглогодичность производства; сжатые сроки выполнения работ;
- обеспечение по требованию заказчика полного цикла производства, включая термообработку, отделку и проведение испытаний на соответствие требованиям стандартов и технических условий.
Высокое качество и круглогодичность производства обеспечиваются технологией производства. Для проведения работ в сжатые сроки необходимо иметь оборотный капитал и налаженные контакты поставки исходных материалов металлургическими предприятиями. Создание полного цикла производства биметалла, включающего сварку, термообработку и испытания требует значительных капитальных затрат. Поэтому при создании производственной базы в Подмосковье пошли по пути объединения возможностей предприятий и организаций для производства биметалла сваркой взрывом и использования мощностей крупных промышленных предприятий, располагающих соответствующим оборудованием. В результате в ООО «Битруб Интернэшнл» выработана и осуществлена схема производства, предусматривающая поставку с оптовых баз исходного металлопроката; подготовку его к сварке взрывом и проведение процесса сварки взрывом, контроль качества, отбор образцов для сертификационных испытаний и маркировка в ФКП «НИИ «Геодезия», термообработку и правку в ОАО «Машиностроительный завод «ЗИОПодольск» или ОАО «Дзержинскхиммаш». По этой схеме, начиная с 2004 года, производится до 4000м2 биметалла различного назначения, в основном виде двухслойных листов размером 1400х5900 мм.
Многолетний опыт производства биметалла сваркой взрывом показал, что его качество определяется правильностью выбора схемы сварки, рациональной технологией подготовки свариваемых поверхностей, зарядом взрывчатого вещества, опорой и возможностью сведения к минимуму влияния внешних факторов (температуры, осадков и т.п.). Для рационального решения этих вопросов при разработке промышленной технологии производства крупногабаритного биметалла сваркой взрывом в ее основу были положены следующие положения:
1. При выборе схемы сварки учитываются свойства свариваемых материалов, особенности деформации узких граней и обрезки нависаний плакирующего листа, результаты исследований и рекомендации работы. За основу технологии приняты методы сварки взрывом по авторскому свидетельству №317267, запатентованному в США (№3900147), Франции (№7245251), Англии (№1402276) и авторскому свидетельству № 653840, патенту РФ № 2237558. В зависимости от свойств свариваемых материалов процесс сварки осуществляется в среде защитных газов.
2.
Разработка рациональной
3. В отечественной и зарубежной практике для сварки взрывом используются низко скоростные аммиачноселитренные взрывчатые вещества, в том числе смеси аммиачной селитры с дизельным топливом. Использование в качестве взрывчатого вещества при сварке взрывом смеси гранулированной микропористой аммиачной селитры с дизельным топливом позволяет до минимума сократить применение промышленных ВВ, механизировать процесс приготовления смеси, обеспечить высокое качество сварки за счет стабильности состава и плотности заряда по всей его поверхности.
4.
Для обеспечения
5. Контроль качества биметалла на соответствие ГОСТ 1088585, техническим условиям или техническим требованиям. Качество биметалла оценивается по сплошности сцепления слоев методом ультразвуковой дефектоскопии, прочности соединения на отрыв и срез, деформации. Результаты сертификационных испытаний биметалла после термической обработки в соответствии с ГОСТ 1088585 приведены в таблице 1.
1.2. Практические результаты производства биметалла сваркой взрывом.
В настоящее время производство биметалла сваркой взрывом сосредоточено в корпорации Dynamic Materials Corporation (США), которая владеет 2 заводами в США (объем производства 45 тысяч м2 в год), во Франции (16 тысяч м2 в год), в Швеции (7 тысяч м2). В Китае имеются 4 завода по производству биметалла сваркой взрывом. Основная номенклатура: двухслойные заготовки сталь – титан, сталь – коррозионностойкая сталь, сталь – медь, сталь – алюминий, сталь – никелевые сплавы и т.п. Потребители биметалла – предприятия нефтехимического и энергетического машиностроения. До 50% биметалла, производимого во Франции и Швеции, идет в Россию.
Для обеспечения ведущих отраслей машиностроения (нефтехимического, атомного, энергетического и др.) биметаллом ООО «Битруб Интернэшнл» и ФКП «НИИ «Геодезия» при участии
ИСМАН
и ООО «Институт
Развитие
этих работ позволило разработать
принципиально новую технологию сварки
взрывом в среде защитных газов для производства
биметалла сталь – титан. В 2005 - 2007 году
по новой технологии плакированы заготовки
трубных решеток марки сталь 20+ВТ10 размерами
38(30+8)х2700х2900 мм и 48(40+8)х1800х3400 мм для ОАО
«Калужский турбинный завод». Заготовки
соответствуют ТУ 27.81.09.0092005 «Заготовки
двухслойные сталь – титан, полученные
сваркой взрывом», одобренные Федеральной
службой по экологическому, технологическому
и атомному надзору (письмо № 0607/298 от 24.03.05)
и третьему уровню сплошности сцепления
по NC 501 (Франция), а также требованиям AD
Merkblatt W8, Iuli 1987, спецификация 1264 от 4.85. Сплошность
соединения слоев – 100% по нулевому классу.
Прочность соединения, определенная в
различных зонах листа: на срез – не ниже
150 МПа, на отрыв – выше 250 МПа. Структура
зоны соединения волнистая без хрупких
включений. Деформации после термообработки
и правки на вальцах в холодную в пределах
допуска.
2. Устройство для прессования биметаллических изделий из порошков.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования биметаллических изделий из порошков. Цель изобретения - повышение качества изделий. Порошок засыпают в полости, образованные стенками матрицы, торцами пуансонов 1, стенками перегородок 7, 8 и торцами плунжеров 13, 14. При предварительном прессовании порошка происходит смещение поверхностных слоев на величину С, равную 0,08-0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, за счет чего возникают сдвиговые деформации на границе слоев, вызывающие интенсивное разрушение окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка. Затем пуансонами 1 осуществляют окончательное прессование брикета, в котором прочность сцепления отдельных слоев увеличена по сравнению с известными устройствами, что обеспечивает повышение качества и увеличение срока службы изделий.
Рис. 2
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам
для прессования биметаллических изделий из порошков.
Целью изобретения является повышение качества изделий.
На рис.2 схематично показано предлагаемое
устройство после засыпки порошка, поперечный
разрез; на рис.3 - то же, в конце предварительного
прессования (штрихпунктирной линией
- в конце прессования); на рис.4 - разрез
А-А на рис.2; на рис.5 - узел I на рис.2; на
рис.6 - вид Б на рис.4.
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Устройство содержит пуансоны 1 и матрицу, состоящую из корпуса 2, верхней 3 и нижней 4 плит, связанных между собой шпильками 5. Внутри матрицы перпендикулярно плоскости В, проходящей через ось пуансонов 1, по обе стороны установлены в шахматном порядке с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим шпонкам 6 перегородки 7 и 8.
На боковых поверхностях перегородок 7, не соприкасающихся со стенками матрицы, установлены на упругих элементах 9 планки 10, которые своими Т-образными зацепами 11 входят в соответствующие пазы 12 перегородок 7, при этом зацепы входят в пазы перегородок с образованием зазора 8 между дном паза и торцом зацепа, определяемого по формуле
где h - толщина соответствующего слоя отпрессованного брикета, мм;
∆ - величина перекрытия торца планки 10 с торцом перегородки 8, мм.
Величину ∆ принимают равной 1-2мм для компенсации смещения осей перегородок 7 и 8 друг относительно друга и предотвращения при этом просыпания порошка в зазоры между торцами перегородок 7 и 8, а первое слагаемое формулы
(0,08-0,12)h = С,
где С - смещение поверхностей каждого слоя порошка, прилегающего к планкам, относительно поверхностей слоев порошка, находящегося между перегородками без планок.
В зазорах между перегородками 7 и 8 установлены плунжеры 13 и 14, причем на боковых поверхностях плунжеров 13, прилегающих к планкам 10 перегородок 7, установлены на упругих элементах 15 планки 16, предназначенные для предотвращения утечки порошка в процессе предварительного прессования, которые своими зацепами 17 входят в соответствующие пазы 18. Перегородки 7 и 8 и плунжеры 13 и 14 связаны со штоками гидроцилиндров 19 и 20.
На верхней плите 3 по осям плунжеров 13 и 14 выполнены загрузочные окна 21, в которых размещены съемные заглушки 22, а в направляющих 23 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения дозаторы 24.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент перегородки 7 и 8 гидроцилиндрами 20 перемещают в край-нее положение навстречу друг другу до их соприкосновения в плоскости В. В этом положении торцы перегородок 8 соприкасаются в плоскости В с торцами планок 10. Затем включают привод перемещения пуансонов 1 (не показан) и вводят последние в матрицу до соприкосновения с крайними перегородками 7 и 8-, при этом плунжеры 13 и 14 при помощи гидроцилиндров 19 отведены в крайнее положение от плоскости В. После этого снимают заглушки 22, открывая загрузочные окна 21, и по направляющим 23 дозаторы 24 перемещают к загрузочным окнам 21, через которые порошок загружают в замкнутые полости, образованные стенками матрицы, торцами пуансонов, стенками перегородок и торцами плунжеров. Затем дозаторы 24 возвращают в исходное положение и загрузочные окна 21 закрывают заглушками 22.
Начинают период предварительного прессования порошка, для чего в гидроцилиндры 19 и 20 привода плунжеров 13 и 14 и перегородок 7 и 8 подают рабочую жидкость под давлением, обеспечивающим усилие предварительного прессования. При этом происходит перемещение плунжеров 13 и 14 в направлении плоскости В, что ведет к уплотнению порошка в замкнутых полостях, а это вызывает появление бокового давления Р на планки 10 и торцы перегородок 7 и 8. При этом боковое усилие, действующее на планки 10 со стороны порошка, вызывает деформацию упругих элементов 9, максимальная величина которой равна 5, в результате чего между боковыми стенками перегородок 8 и планками 10 перегородок 7 образуется зазор С (рис.5), что приводит к смещению поверхностей каждого слоя порошка, прилегающего к планкам 10, относительно поверхностей слоев порошка, находящегося между перегородками 8. Одновременно планки 16 плунжеров 13 под действием упругих элементов 15 находятся в постоянном контакте с планками 10 перегородок 7.
При достижении максимального предварительного усилия прессования со стороны плунжеров 13 и 14 полости гидроцилиндров 20 привода перегородок 7 и 8 соединяют со сливом, при этом перегородки 7 и 8 под действием постоянно действующего на них давления со стороны плунжеров 13 и 14 через предварительно спрессованные слои порошка начинают перемещаться в направлении от плоскости В, а сами слои движутся навстречу друг другу. Наличие указанного смещения С поверхностей каждого слоя порошка друг относительно друга приводит к запрессовке одного слоя в другой. В результате на этих поверхностях возникают значительные силы трения, вызывающие сдвиговые деформации, приводящие к интенсивному разрушению окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка, а также к интенсивному взаимному перемешиванию частиц порошка, находящихся в поверхностных слоях.
Период предварительного прессования (запрессовка отдельных слоев друг в друга) продолжается до тех пор, пока торцы перегородок 7 и торцы плунжеров 13 не совпадут с плоскостью окна матрицы Г, а торцы перегородок 8 и торцы плунжеров 14 - с плоскостью окна матрицы Д. После этого начинается период окончательного прессования пуансонами 1 от гидроцилиндров устройства (не показан) до получения конечной высоты биметаллического брикета, равной Нк.
Затем полости гидроцилиндров 19 привода плунжеров 13 и 14 соединяют со сливом, один из пуансонов 1 отводят из матрицы в крайнее положение, а другим осуществляют выталкивание отпрессованного брикета, после чего и выводят из матрицы.
Затея перегородки 7 и 8 гидроцилиндрами 20 перемещают в крайнее положение навстречу друг другу до их соприкосновения в плоскости В, при котором торцы пе- регородок 8 соприкасаются в плоскости В с торцами планок 10, а плунжеры 13 и 14 с помощью гидроцилиндров 19 отводят в крайнее положение от плоскости В и пуансоны 1 вводят в матрицу до соприкосновения с крайними перегородками 7 и 8, после чего цикл прессования повторяют.
Предлагаемое устройство позволяет осуществлять запрессовку отдельных слоев друг в друга на величину С, равную 0,08-0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, в результате чего на поверхностях контакта отдельных слоев возникают значительные силы трения, вызывающие сдвиговые деформации, что приводит к интенсивному разрушению окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка, а также к интенсивному взаимному перемешиванию частиц по-
рошка, находящихся в поверхностных слоях, и увеличению сцепления отдельных слоев брикета за счет увеличения металлического контакта между частицами порошка, находящегося на соединяемых поверхностях, и, следовательно, повысить качество отпрессованных биметаллических брикетов.
При значениях С, меньших 0,08 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, уменьшается интенсивность разрушения окисных пленок и шлаковых включений из-за недостаточного удельного давления между отдельными слоями, необходимого для их разрушения, что уменьшает прочность соединения слоев друг с другом.
Увеличение значения С больше 0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета практически не влияет на увеличение интенсивности разрушения окисных пленок и шлаковых включений и не приводит к заметному увеличению прочности связи отдельных слоев отпрессованного биметаллического брикета.
Пример. Устройство опробовано при прессовании биметаллического брикета, состоящего из четырех слоев с толщиной каждого слоя 50 мл, наружные слои которого состоят из железного порошка марки Ж 90-76, а внутренние - из железного порошка ПЖ2М1.
Усилие предварительного прессования 150кН, а усилие окончательного прессования 1000кН. После прессования брикеты подвергались термообработке при 1000°С в течение 30 мин.
Таким образом, использование предлагаемого
устройства позволяет улучшить механические
свойства спрессованного биметаллического
брикета за счет повышения прочности сцепления
отдельных слоев, в результате чего повышается
качество готовых изделий, а следовательно,
увеличивается срок их службы примерно
в 1,5 раза.
3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БИМЕТАЛЛОВ
3. 1. Контроль прочности сцепления и соотношения толщин слоев биметаллов.
Известные методы контроля биметаллического проката на прочность сцепления его слоев можно подразделить на три группы. К первой группе относятся способы технологических испытаний, качественно характеризующих прочность сварки слоев: испытание зубилом, выдавливанием цилиндрических стаканчиков или лунок по Эриксену, на загиб (перегиб), кручение и др.
Ко второй группе относятся способы количественной оценки прочности сцепления слоев: испытания на отрыв и срез слоев при статическом или динамическом нагружении.
К третьей группе относятся физические методы контроля качества биметаллических материалов без их разрушения.
Метод
качественного определения
Из
биметаллических полос вырезают
образцы вдоль направления
Несколько отличается от рассмотренного способа проверки качества биметаллического проката по прочности сцепления слоев метод английской фирмы «Гласиер», применяемый на Заволжском моторном заводе. После получения трещины на сплаве в нее вставляют зубило и ударами молотка по зубилу поднимают слой сплава длинной примерно 13 мм. Приподнятые полоски сплава захватывают клещами и отрывают от стали. Качество сцепления оценивают по легкости отслоения сплава, по форме и длине отслоенного конуса («языка») сплава. Если длина конуса до 25 мм — сварка слоев хорошая; при длине конуса сплава более 38—50 мм биметаллические полосы бракуют. Следует сразу же отметить, что описанные методы, несмотря на простоту испытаний, применимы только при технологических проверках биметаллов с тонким (0,7—1,5 мм) слоем пластичных плакирующих сплавов. При более толстых и прочных покрытиях данные способы оценки прочности сцепления слоев не применимы, особенно при соотношении слоев, близком 1:1. Значительная неточность проверки прочности соединений слоев обусловлена также субъективностью оценки. И, наконец, главным недостатком этих методов оценки является невозможность получения количественных показателей прочности сцепления компонентов биметалла.
Для
оценки прочности сцепления
Испытание на загиб проводят на разрывной машине с установкой биметаллического образца на опоры и изгибом его вокруг оправки, имеющей диаметр, кратный толщине листа а в пределах а ≤ d ≤ 4а. Ширина образца обычно равна удвоенной толщине листа, но не менее 10 мм, а длина равна 5а + 150 мм. Свидетельством качественного соединения слоев служит отсутствие расслоения, трещин и разрывов в слоях биметалла после испытания при заданных радиусах и углах изгиба.

- Методы контроля качества продукции (услуг)
- Методы контроля на предприятии
- Методы контроля рабочего времени
- Методы контроля рабочего времени
- Методы корпоративного налогового менеджмента
- Методы корпоративного управления
- Методы коррекции гетероскедастичности случайных отклонений, тестирование гетероскедастичности в скорректированной модели с помощью тес
- Методы контроля доступа к информации
- Методы контроля загрязняющих веществ при производстве силикатного кирпича
- Методы контроля за исполнением бюджета в системе управленческого учета
- Методы контроля за разработкой нефтяных месторождений
- Методы контроля за разработкой Талинского месторождения
- Методы контроля и качества
- Методы контроля качества