Отбор представительных проб, технология изготовления и обработки образцов для контрольных испытаний

Металлопродукция в зависимости от ее подготовленности к кон­тролю классифицируется следующим образом (ГОСТ 7564—73): проба — часть металлопродукции, отобранная для изготовления из нее заготовок для образцов; заготовка — часть пробы, обрабо­танная или не обработанная механически, подвергаемая термиче­ской обработке или термически не обработанная и предназначенная для изготовления образцов; образец — часть пробы или заготовки определенного размера, подготовленная для испытания. Надеж­ность контроля связана с представительностью объекта контроля, прежде всего пробы. Пробу следует отбирать от части изделия или промежуточного продукта, наиболее полно и правильно отражаю­щей их качество по одному или нескольким контролируемым пока­зателям свойств. Количество отбираемых проб должно быть мини­мальным, но достаточным для оценки качества продукции. Размеры и форма проб должны обеспечивать возможность дальнейшего изго­товления из них заготовок и образцов, также соответствующих условию представительности.

Центральная заводская лаборатория и ОТК разрабатывают инструкции, в которых указано количество проб и схема отбора для каждого вида контролируемой продукции (сортовой прокат, рельсы, лист и т. д.), контролируемые показатели, объем контроля и специ­альные условия (особенности технологии производства, уровень требований к качеству продукции и т. п.). Общие требования к видам и объему контроля приведены в НТД. Ниже изложены способы отбора проб, изготовления и обработки образцов для опре­деления различных контролируемых показателей.

Контроль макроструктуры — наиболее распро­страненный вид испытаний. Ее качество проверяют на макротемплетах толщиной 20—30 мм, вырезанных в основном в направлении, перпендикулярном оси деформации; в отдельных случаях темплеты вырезают вдоль оси деформации (по центру изделий) или в других местах и направлении. Их отрезают при прокатке пилами горячей резки от годных частей проката либо готовят из проб, полуфабрика­тов и готовых изделий. Макротемплет вырезают из пробы на рас­стоянии не менее одного диаметра (стороны квадрата и т. п.) от края прутков; это особенно важно, если проба была отрезана пресс-ножницами или огневым способом, деформирующим соответствую­щий участок металла или термически меняющим его структурное состояние.

Пробы от прутков и заготовок размером от 140 мм отбирают в полном поперечном сечении, а от прутков более 140 мм — в полном сечении или, если это разрешено НТД, из средней части перекован­ных и перекатанных проб квадратного сечения со стороной 90— 140 мм. При контроле плавок, назначенных на несколько сорторазмеров, пробы отбирают от максимального сечения. Практикуется отбор длинных проб (250—500 мм), от которых в ЦЗЛ отрезают темплеты (25—30 мм) для контроля макроструктуры, из остальной части изготавливают образцы для испытаний других видов. Отбор длинных проб огневой резкой осуществляют с учетом припуска на удаление зоны термического воздействия. Места отбора проб, как правило, соответствуют наиболее загрязненным участкам слитка. Охлаждение и термообработку проб, отрезанных в горячем состоя­нии, необходимо выполнять вместе с металлом контролируемой партии-плавки.

Контролируемую поверхность макротемплета подвергают торце­ванию, строжке, шлифованию, полировке. Макротемплеты, отрезан­ные в цехах пилами горячей резки, торцуют на токарном станке на глубину 3—5 мм с последующей чистовой обработкой резцом при глубине резания 0,5 и подаче 0,25 мм. Макротемплеты, отрезан­ные на пилах холодной резки в цехах или ЛКИ, проходят шлифовку или чистовую обработку на токарном станке. Макротемплеты металла ЭШП, ВДП, ВИП, а также высоколегированных сталей и сплавов после торцовки или шлифования полируют гибким кругом на резиновой основе и травят в холодном реактиве с медью. Макро­шлифы большинства марок стали подвергаются горячему травле­нию и излому в соответствии с ГОСТ 10243—75. Контроль по излому проводят вместо контроля методом травления или допол­нительно к нему в продольном направлении волокна. Темплеты над­резают через центр или по дефекту, подвергают закалке, а затем ломают на прессе.

Температура закалки темплетов определяется стандартами или ТУ для термической обработки образцов при испытании механи­ческих свойств или твердости. Выдержка образцов при этой темпе­ратуре должна быть достаточной для полного прогрева металла. Охлаждение темплетов осуществляют в воде. Строжка канавок выполняется перед закалкой образцов. В случае недогрева образца («сырой» излом) разрешается повторная термическая обработка половинки или темплета излома. При перегреве образца выпол­няется исправительная термическая обработка.

Контроль на флокены выполняют на продольных макротемплетах или продольных изломах после полного цикла охлаждения или термообработки всей партии плавки.

Отбор проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний ведут по двум методам в зависимости от назначения металлопродукции (ГОСТ 7564—73). Отбирают пробы металла, прошедшего все стадии пластической деформации и термической обработки. Первый вариант предусма­тривает места отбора проб, заготовок и образцов для испытаний растяжением и на ударную вязкость; механические свойства опре­деляют на образцах, вырезанных из термически обработанных заго­товок. По второму варианту механические свойства определяют на образцах, вырезанных из термообработанных проб. Размеры попе­речного сечения заготовок под термообработку определены ГОСТ 4553—71, ГОСТ 5949—75, ГОСТ 1050—74, ГОСТ 20072—74 и др. а также ТУ. Пробы отбирают вдоль направления прокатки от концов прутков, мотков (бунтов). При вырезке заготовок и образ­цов по сечению проката из прутков стали размером (диаметр, сто­рона квадрата, диаметр вписанного круга) до 40 мм ось образца должна совпадать с осью прутка; для толщины более 40 мм она должна проходить на расстоянии, равном ? радиуса от поверхно­сти прутка или ? половины диагонали от угла ( рис.1 .). Заготов­ки, вырезанные на пилах холодной резки абразивными кругами или полученные обдиркой на токарных станках, подвергают термообра­ботке в соответствии с ГОСТ или ТУ на данную металлопродукцию (ГОСТ 4543—71, ГОСТ 5949—75, ТУ 14-1-950—74 и др.), после чего из них изготавливают контрольные образцы для испытания на растяжение и ударную вязкость.

Рис.1. Схема вырезки образцов для испытания механических свойств по вариантам I (а) и II (б)

Заготовки, предназначенные для изготовления образцов на растяжение, за один проход с подачей 0,85—1 мм обтачивают до диаметра 20 мм. Затем за три прохода выбирают рабочую часть образца (диаметром 20—17, 17—14 и 14—11 мм). Черновой обра­зец диаметром 11 мм на круглошлифовальном станке при скорости подачи 0,03—0,08 мм/об доводят до окончательного размера 10 ± 0,1 мм (ГОСТ 1497—84). При обточке заготовок и шлифовании образцов необходимо обильное охлаждение эмульсией (СОЖ). Из заготовок, предназначенных для изготовления ударных образцов, на фрезерном станке двумя параллельными фрезами вырезают квадратные черновые бруски стороной 11 мм. На плоскошлифовальном станке их шлифуют с четырех сторон до сечения квадрата 10 ± 0,1 мм (ГОСТ 9454—78). Вырезку и шлифование выполняют при обильном охлаждении СОЖ. Технология изготовления образ­цов для испытания на растяжение и ударную вязкость при высоких и отрицательных температурах не отличается от изложенной.

Отбор проб, заготовок и образцов для определения длительной прочности производится в соответствии с ГОСТ 7564—73. По ТУ 14-1-225—72, ТУ 14-1-1907—76, ТУ 14-1-338—72, ТУ 14-1-714—73, ТУ 14-1-1736—76, ТУ 14-1-476—76, ТУ 14-136-252—77 и ТУ 14-1-1665—76 сечение заготовки под термообработку — круг диаметром или квадрат со стороной 20—25 мм. Вырезку выполняют на пилах холодной резки и абразивными кру­гами по той же схеме, что и для механических испытаний по перво­му варианту. По ТУ 14-1-1923—76, ТУ 14-1-223—72, ТУ 14-1-684—73, ТУ 14-1-226—72 термообработку осуществляют в полном сечении сорта, заготовки. Из термически обработанной пробы вырезаются абразивными кругами квадратные заготовки со стороной 15—20 мм.

Изготовление образцов из заготовок, прошедших термообработ­ку или вырезанных из термообработанных проб, состоит из зацен­тровки с двух сторон на глубину 7 мм сверлом диаметром 3,5— 4 мм; обточки с двух сторон до диаметра 12,4 мм и снятия фасок (1 мм * 45°) при глубине резания 2,2 мм и скорости подачи 0,16 об/мин; проточки рабочей части до диаметра 8 мм с выборкой галтелей радиусом 4 мм при частоте вращения 180—300 об/мин, скорости подачи 0,16 мм/об и глубине резания 2,2 мм; нарезки резьбы М12 на галтелях на длине 15 мм (глубина резания 1,33 мм, скорость подачи 2,11 мм/об, число оборотов 4); выборки рабочей части длиной 39 мм до диаметра 5,3 мм с радиусом галтели 4 мм (частота вращения 180—300 об/мин, глубина резания при первом проходе 1 мм, при втором 0,35 мм, скорость подачи 0,16 мм/об); шлифовании рабочей части до диаметра 5± 0,01 мм абразивным кру­гом (300*32*127, ЭБ20-25СТ, 35 м/мин) при скорости подачи 0,02—0,03 мм/об, чистота обработки — класс 8. Требования к об­разцам определяются ГОСТ 10145—81. Все операции выполняют при обильном охлаждении СОЖ.

Пробы сортового проката (ГОСТ 5657—69) размером (круг, квадрат) 28—49 мм отбирают в полном сечении; пробы проката большого сечения перековывают на квадрат. Пробы со стороной 30—10 или 30—2 мм подвергают пред­варительной термообработке (конструкционные стали нормализуют, а инструментальные отжигают) и затем — токарной обработке (глубина резания 1,0—1,5 мм). В чистовом виде образец имеет дли­ну 100±0,5, диаметром 25±0,25 мм. На одном торце образца вытачивают заплечики диаметром 28 мм и толщиной 4—5 мм. Чистота обработки противоположного торца должна быть не ниже класса 5. Для предохранения от окисления термообработку образцов прово­дят в стальных стаканах с крышками, на дно которых закладывают графитовые пластины для предохранения торцов образцов от обез­углероживания. Температуру закалки назначают по режиму, ука­занному для термообработки заготовок для испытаний механиче­ских свойств по НТД на данную металлопродукцию. Время на про­грев образца составляет 30—50, выдержка — 30 мин при темпера­туре закалки. Образец, извлеченный из печи, торцом помещают под струю воды (15—25 °С) и полностью охлаждают. Далее на плоско­шлифовальном станке по всей длине образца на глубину 0,54±0,1 мм сошлифовывают при обильном охлаждении эмульсией две диаметрально противоположные площадки; чистота их обработки должна быть не ниже класса 7 (ГОСТ 2789—73). Прижоги при шлифовании не допускаются.

Отбор проб осуществляют по ТУ 14-1-1529—75. От партии-плавки отбирают две пробы, одна из которых соответствует донной, а другая — подприбыльной части слитка. Заготовки для изготовления образцов обрабатывают по ГОСТ 7564—73. Из каждой пробы пилами холодной резки и абра­зивными кругами вырезают по одной квадратной заготовке 20 мм. Заготовки центруют с обеих сторон на глубину 5 мм и затем на токарном станке обтачивают до 16,4 мм. После обточки выбирается рабочая часть образца диаметром 9 и длиной 40 мм (радиус галте­ли 4 мм) за два прохода с разной глубиной резания: при первом проходе 2, при втором 1,5 мм. С обеих сторон образца нарезается резьба М16 на длину 20 мм (глубина резания 1,4 мм, подача 2,1 мм). Заключительная операция — шлифовка абразивным кру­гом на круглошлифовальном станке до диаметра 8±0,1 мм; ско­рость подачи должна составлять 0,02—0,03 мм/об, чистота обра­ботки — класс 8.

Отбор проб и вырезку образцов конструкционных, инструментальных, автоматных, пружинных, коррозионностойких и других сталей осуществляют по ГОСТ 1778—70.

Количество образцов и место отбора проб по длине раската слитков указывают в НТД на продукцию, от каждой плавки должно быть не менее шести образцов. Так, по ТУ 14-1-1283—75 отбирают шесть образцов от любых штанг, по ТУ-14-1-1529—77 — три пробы от штанг А и три — от штанг У, по ЧМТУ 1-809—69 — шесть проб от разных прутков штанг А, по ЧМТУ 1-894—70 — шесть проб от разных прутков. Отбор проб и вырезка образцов шарико- и роликопод­шипниковой стали ведут по ГОСТ 801—78.

Образцы вырезают на пилах холодной резки и абразивными кру­гами по схемам, ( ГОСТ 1778—70). Центр пробы перед вырезкой отмечают, метки при вырезке сохраняют. Рез должен про­ходить на расстоянии 0,5 мм от метки. Подготовку к шлифовке выполняют в три этапа: выравнивание поверхности образца, дове­дение его до необходимого размера и стачивание до метки абразив­ным кругом; шлифование образцов на абразивной бумаге № 16, 10 и 5 (при переходе на бумагу с более мелким абразивным зерном направление обработки поверхности шлифа меняется на 90° с вы­водом рисок предыдущей шлифовки); третий этап — шлифование образцов на картоне с нанесенными пастами ГОИ и алмазной до исчезновения рисок от предыдущей обработки. Окончательная обработ­ка поверхности шлифа состоит в полировке на мягком сукне или фетре с применением окиси хрома до полного блеска и отсутствия царапин и рисок. Не допускается «заваливание» краев образцов. Приготов­ленные шлифы следует предохранять от механических повреждений и коррозии. В отдельных случаях качество приготовления микро­шлифов проверяют под микроскопом.

Отбор проб для определе­ния МКК регламентируется ГОСТ 5949—75, ТУ 14-1-1013—74, ТУ 14-136-226—76, ТУ 14-136-228—76 и др.

Изготовление образцов металла для механических испытаний можно заказать в научно-производственной лаборатории «ПРОконтроль»

Лаборатория "ПРОконтроль" предлагает комплекс услуг по проведению механических испытаний различных материалов, среди которых:

- статические испытания при растяжении (σ_в ; σ_0,2 ; Е ; δ; ψ), сжатии, изгибе, кручении;

- усталостные испытания (МЦУ - малоцикловая усталость, МнЦУ - многоцикловая усталость);

- испытания на длительную прочность и ползучесть;

- испытания на удар;

РАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ СВАРКИ

Разрушающий контроль – это такая проверка качества конструкции, при которой она подвергается непосредственным операциям анализа ее внутреннего состояния, в том числе – ведущим к разрушению. Во многом этот термин условен, так как разрушенная конструкция даже при положительном результате такого контроля не может быть использована.

Способы разрушающего контроля качества сварочных работ

Понятная особенность разрушающего контроля требует, чтобы его выполнение было обосновано или же обеспечен такой способ его выполнения, при котором разрушения не будут препятствовать эксплуатации обследуемых деталей, узлов и конструкций. Один из случаев высокой целесообразности такой проверки – оценка мастерства сварщика.

Разрез узла сварного шва. Отшлифованный срез делает хорошо различимыми детали. Темное пятно вокруг левого шва – следы капиллярного контроля, он показывает приблизителные границы наплавленного металла.

Выполнение многих сварочных работ требует высокой квалификации от сварщика. С этой целью работники этого профиля подвергаются регулярной аттестации, призванной подтвердить такую квалификацию. В порядке аттестаций, разрушающий контроль сварных соединений, выполненных кандидатом – сварщиком – наиболее разумный способ проверки качества, который сочетается с другими методами контроля.

Помимо аттестации специалистов – сварщиков разрушающий контроль необходим и во многих других случаях. Вот как обеспечивается сохранность проверяемых конструкций:

1. Разрушающему контролю подвергается не сама конструкция, а пробный или контрольный образец, изготовленный одним заходом с конструкцией. На таком образце применяются те же материалы, та же методика выполнения сварного шва и тот же автор – сварщик. Этот процесс контролируется и, при необходимости, может быть зафиксирован протоколом или актом.
2. Конструкция изначально проектируется таким образом, чтобы в нужном месте можно было отделить ее часть для разрушающего контроля. Этот прием также позволяет сохранить цельность и исправность проверяемого узла или изделия и обеспечить равенство всех условий выполнения сварки.

Разрушающие методы оценки качества сварных работ называют также механическими испытаниями. Это означает, что выполненные сварные операции подвергаются тем нагрузкам, для противодействия которым они выполнены. Такой контроль – ответственное дело, поэтому кроме документального его оформления важно, чтобы сам контроль был грамотно организован:

• Способ и методика контроля должны быть продуманы и утверждены заблаговременно
• Отделение контрольной пробы от конструкции или изготовление отдельного образца (на практике – образцов) выполняется по специальному заданию, которое соответствует задачам контроля
• Перечень технологических операций и проверок лабораторного характера также утверждается заранее и эти работы актируются.

На самом деле, механические испытания – только часть разрушающего контроля. Еще одна часть состоит в выполнении анализа металла шва сварного соединения и основного металла по мере необходимости.

Контролю подвергают образцы, предназначенные для восприятия определенных нагрузок, которые и должны быть приложены к образцам с помощью специальной лабораторной аппаратуры. Как правило, эти нагрузки – растяжение, сжатие, срез. Применяют также проверку на ударный изгиб, для труб и полых конструкций – на сплющивание и другие разновидности базовых нагрузок.

Контроль металла в зоне сварного шва представляет собой металлографический анализ. Условно он является сочетанием макроструктурного и микроструктурного анализов. Целью этого исследования, для которого необходим микроскоп и другая специальная лабораторная аппаратура, является получение нескольких групп показателей:

1. Анализ металла шва и основного металла
2. Определение термических изменений в металле – отпуск, пережог, трещины
3. Химический и спектральный анализы металла обследуемого участка.

Макроструктурный анализ выполняется в первую очередь и требует минимального ручного увеличительного инструмента. Этим способом удается обнаружить трещины, раковины, включения шлака и другие крупные изъяны. Микроструктурный анализ требует привлечения всего арсенала возможных технических средств, его задача уточняется по результатам предыдущих, более простых обследований.

Для типичных серийных ответственных конструкций применятся разработанные специально методики, для уникальных объектов методики контроля разрабатываются специально.

Основные объекты исследований:

- высокопрочные стали, алюминиевые, титановые, магниевые и жаропрочные никелевые сплавы;

- пластмассы и высокопрочные полимерные материалы;

- композиционные материалы, гибридные материалы;

- материалы интерьера воздушного судна;

- трехслойные конструкции и другие конструктивные элементы.

Температурный диапазон испытаний от -196 до +1400°С.

Основные используемые стандарты:

- международные ASTM Е-8, Е-9, Е-238, Е-399, Е-647, D-256, D-3410, D-5045 и др;

- отечественные АП-23, АП-25, ГОСТ 1497, ГОСТ 10145, ГОСТ 4647, ГОСТ 25.601, ГОСТ 11262, ГОСТ 25.602 и др.

В лаборатории механических испытаний материалов СПбГУ обработка образца производится без нагрева выше 50ºС и наклепа. Обработка поверхности соответствует шестому классу чистоты. Увеличение размера образца:

• снижает предельную пластичность,
• сопротивление на отрыв,
• снижает пределы выносливости статической нагрузки большинства материалов.

Заключение по металлографическому исследованию, образец которого вы можете увидеть на нашем сайте, опирается на все нормативы ГОСТ (1497-61, 6951-61,10145-62, 3248-60).

Разрушительный контроль и механические испытания образцов проводится с применением наклепывания или наваривания на легко сминающиеся головки образцов, пластин, по форме полностью соответствующих головкам.

Макромеханические исследования растяжения проходят на круглых и плоских образцах, производимых при помощи часовых станков. При испытании сжатия образца. Применяется заготовка квадратного сечения, исключающая потерю устойчивости.

Цены на проведение разрушающего контроля и механических испытаний

Обращаем Ваше внимание на то, что данные предложения носят исключительно информационный характер и не являются публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации.

Металлографическим исследованием называют достаточно полный анализ свойств и характеристик металла и установление влияния этих характеристик на его физические и механические качества.

Обследуется не металл, как таковой, а элемент какой-либо конструкции или структуры, поэтому характер и особенности обследования ориентированы на условия работы основного объекта. Вот почему определение образцов для металлографического контроля – очень ответственная операция, которая для новых объектов продумывается на уровне проекта. При изготовлении новой структуры исполнители знают, какие контрольные образцы и как необходимо сделать. Также заранее продуманы места, откуда можно вырезать образцы для анализа без вреда для всего объекта.

Исследования металла требуют оборудованной лаборатории. Кроме оптической и увеличительной техники, желательна возможность производить спектральный анализ, основные виды неразрушающего контроля. Изучение механических свойств требует применения машин, способных испытывать образцы металла на разрыв и сжатие, а также на другие основные воздействия. Необходимы лабораторные установки общего назначения – сушильне шкафы, муфельная печь, слесарный пост и многое другое.

На образце сейчас будет выполнен точный распил в нужном направлении и месте, срез будет отшлифован и передан для дальнейшего макроструктурного. а затем - микроструктурного анализа

Завершенные металлографические исследования оформляются документально. Формы оформления таких результатов предусмотрены законодательно ведомственными нормами.

Проведение металлографического анализа

Если анализ объекта не предусмотрен проектом его изготовления, то обследование начинается с определения особенностей проверки – мест и параметров отбора проб и другие подробности. Когда решения по этому вопросу приняты, реализуется обычная методика металлографического анализа. Вот какие основные этапы этой работы:

Подготовка контрольных образцов и вырезанных проб – очистка, выполнение точных разрезов, шлифовка или фрезеровка нужных мест. Применяется травление и другие методы подготовки образцов и проб к исследованию

Выполнение тестовых операций и получение результатов

Аналитика результатов и составление выводов.

Исследования производятся в общепринятом и логичном порядке, который выглядит примерно так:

Первая операция, как правило - это макроструктурный анализ, выполняемый визуально невооруженным глазом и с применением увеличения до 20 раз. Этот вид обследования позволяет обнаружить наличие и характер крупных отклонений от требуемого в металле качества. Еще одна задача такого контроля – корректировка плана последующих микроструктурных испытаний.

На этапе механических испытаний устанавливается твердость металла и другие его физические характеристики, например объемный вес. Образцы и пробы, подготовленные соответствующим образом, подвергают испытанию на разрыв и сжатие, воздействие ударных нагрузок и тем проверкам, которые важны для оценки общей конструкции объекта.

Для многих таких испытаний требуется специальная подготовка пробы или образца, например – выполненный в нужном месте точный рез и шлифовка его поверхности. Нужна точная подготовка образца для испытания на разрыв или сжатие.

Самое сложное и интересное – это микроструктурный анализ пробы или образца. К примеру, в зоне размещения ответственного шва требуется выяснить параметры самого шва и основного металла прилегающих мест. Сильный и концентрированный нагрев при выполнении электросварки приводит к образованию напряжений в металле, различных температурных и осадочных деформаций.

Температурные процессы при электросварке – важнейшая причина изменения качеств металла в месте шва. Еще одна причина изменений качества – образование наплавленного металла шва с включением шлаков и других вредностей, образование раковин и непроваренных мест. Все эти и очень многие другие подробнейшие и точнейшие характеристики образца или пробы можно получить с помощью микроструктурного анализа.

Результатом полного металлографического обследования является развернутый анализ качеств металла пробы или образца, а сопоставление этого анализа с проектными требованиями к узлу, детали, конструкции или другому объекту позволяют сделать вывод о дальнейшей его судьбе.

Связаться с нами и задать интересующие вопросы можно по телефону +7 (495) 768-61-65. Мы всегда готовы выполнить Ваш заказ оперативно и на высоком уровне!