Введение к работе
Актуальность работы
Сегодня уровень промышленного развития передовых стран характеризуется не только объемом производства и ассортиментом выпускаемой продукции, но и показателями качества. По данным XIV конференции Европейской организации по контролю качества примерно 10 % национального продукта любой страны теряется из-за низкого качества материалов и изделий. Подлинно высококачественный объект должен отличаться постоянством химического состава, микро- и макроструктуры, электрических и магнитных характеристик материала, неизменными геометрическими размерами, повышенными механическими, антикоррозионными и другими свойствами. Требуемые показатели могут быть обеспечены лишь при условии применения эффективных методов контроля.
Надежность и долговечность работы деталей машин и приборов зависит как от внутренней структуры материала, из которого они изготовлены, так и от свойств их поверхностного слоя. Состояние поверхностного слоя определяется его тремя основными характеристиками: микрогеометрией, поверхностной твердостью и истираемостью. Особое значение имеет контроль микротвердости поверхности изделий, так как этот параметр оказывает основное влияние на такие эксплуатационные свойства изделия как контактная жесткость, коэффициент трения, износостойкость, усталостная и контактная прочность изделий, коррозионная стойкость.
При технологических процессах в поверхностном слое возникают различные дефекты, структурные и фазовые неоднородности, вариации физико-механических свойств изделий. Они носят случайный характер и проявляются в относительно малых объемах материала. Так как именно поверхностные слои детали в условиях эксплуатации подвергаются наиболее сильному механическому, тепловому, магнитно-электрическому и другим воздействиям, то ука-
занные малые зоны материала становятся концентраторами механических напряжений, и именно с них начинается усталостное разрушение как поверхностного слоя, так и изделия в целом. Поэтому необходим локальный метод контроля, причем, учитывая случайный характер возникновения дефектов, этот метод должен позволить осуществлять 100 % неразрушающий контроль
Среди используемых сегодня методов контроля свойств поверхностного слоя стальных изделий не существует метода, отвечающего поставленному требованию. Заметить местную неоднородность поверхностного слоя позволяют методы шлифов и измерения твердости, однако эти методы являются разрушающими, и, кроме того, обследовать всю поверхность с их помощью практически невозможно. Существующие неразрушающие методы контроля структуры и свойств поверхностного слоя, с помощью которых можно исследовать значительную поверхность изделия, не обладают достаточной локальностью.
Таким образом, задача по разработке локального, неразрушающего метода контроля поверхностных слоев металлов и сплавов и средства для его реализации является актуальной.
Целью работы является создание метода и средства локального неразрушающего контроля неоднородности структуры и свойств поверхностных слоев стальных изделий, которое позволило бы осуществлять гибкое регулирование глубины проводимых исследований, а также установление корреляционной зависимости контролируемого параметра с твердостью поверхностных слоев.
Основные задачи исследования.
-
Анализ существующих методов контроля структуры и свойств поверхностных слоев металлических изделий;
-
Разработка неразрушающего локального метода контроля неоднородности поверхности металлов и сплавов и выявление условий, соблюдение которых необходимо при его применении;
-
Разработка средства контроля структуры и свойств обработанных поверхностных слоев изделий, обладающего большей локальностью по сравнению с существующими и позволяющего регулировать глубину контролируемого слоя;
-
Экспериментальное исследование метрологических характеристик разработанного метода и средства измерения с целью оценки точности полученных результатов с помощью математического моделирования и теории погрешностей.
Этапы выполнения работы:
Теоретическое обоснование целесообразности определения неоднородности структуры и свойств поверхностных слоев неразрушающим локальным методом контроля.
Разработка экспериментальной установки, позволяющей исследовать распределение термоэлектрической чувствительности по поверхности изделий.
Разработка методики определения распределения термоэлектрической чувствительности по исследуемым поверхностям.
Установление корреляционной зависимости между термоэлектрической чувствительностью и поверхностной твердостью исследуемых сталей.
Разработка и изготовление установки для неразрушающего локального термоэлектрического контроля с возможностью регулирования глубины, осуществляемого исследования.
Анализ погрешностей разработанного метода и средства термоэлектрического локального контроля структуры и свойств поверхностных слоев.
Разработанный метод может быть использован при контроле однородности структуры и свойств поверхностных слоев стальных изделий, прошедших различного рода поверхностную обработку, и установления твердости поверхности контролируемых изделий.
Методы и средства исследования
При выполнении работы применялись аналитические и численные методы, методы физического и математического моделирования, а также методы
корреляционного и рефессионного анализов, математической статистики и теории точности.
Экспериментальные исследования проведены на разработанной установке с использованием современных средств измерений. Обработка данных выполнена на ЭВМ по оригинальным алгоритмам и профаммам, а также с использованием систем автоматизации математических расчетов MathCAD, табличного процессора Excel, TableCurve и Axum .
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан метод неразрушающего локального термоэлектрического контроля неоднородности поверхностных слоев стальных изделий, позволяющий регулировать глубину контролируемого слоя.
Разработан неразрушающий метод измерения твердости поверхности стальных изделий на основе корреляционной связи между термозлектрическоіі чувствительностью поверхности изделия и ее твердостью.
- Проведены исследования термоэлектрической чувствительности и установ
лена сильная корреляционная зависимость между последней и твердостыс
поверхностных слоев для различных марок сталей.
Практическую ценность работы составляют:
- Разработанные методы неразрушающего локального термоэлектрическогс
контроля неоднородности структуры и свойств поверхностных слоев сталь
ных изделий, позволяющий регулировать толщину контролируемого по
верхностного слоя, и неразрушающий метод измерения микротвердости по
верхностного слоя на основе корреляционной связи термоэлектрическог
чувствительности и поверхностной микротвердости стальных изделий.
- Разработанное средство термоэлектрического контроля металлов и сплавов.
Реализация и внедрение результатов исследования.
Разработанное средство неразрушающего локального термоэлектрического контроля неоднородности поверхностных слоев изделий наряду с мето дикой определения термоэлектрической чувствительности и поверхностної
твердости на основе измеренного значения последней используются на ОАО Завод им. Медведева.
Кроме того, разработанные средства используются в ОрёлГТУ при проведении научно-исследовательских работ, а также в лабораторном практикуме, по специальности 19.01 "Приборостроение".
Апробация работы.
Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 8 конференциях:
Третьей международной научно-технической конференции "Чкаловские чтения. Инженерно - физические проблемы авиационной и космической техники", ЕАТК ГА: Егорьевск, 1999;
Международной научно - технической конференции "Качество жизни населения - основа и цель экономической стабилизации и роста", Орел, 1999;
Международной научно - технической конференции "Сертификация и управление качеством продукции", БГТУ: Брянск, 1999;
Второй всероссийской научно - технической конференции "Методы и средства измерений физических величин", Ні ТУ: Нижний Новгород, 1997;
Третьей всероссийской научно - технической конференции "Методы и средства измерений физических величин", НГТУ: Нижний Новгород, 1998;
Всероссийской научно - технической конференции "Диагностика веществ, изделий и устройств", ОрелГТУ: Орел, 1999;
Шестой Всероссийской научно - технической конференции "Состояние и проблемы измерений". Москва, МГТУ, 1999 г
Декаде науки-97 "Духовные ценности современной российской молодежи". Орел, 1997;
Доклад " Использование термоэлектрического метода для контроля однородности термической обработки деталей" удостоен диплома Ш-ей международной научно-технической конференции "Чкаловские чтения". ИПАКТ -III. (Егорьевск, июнь 1999 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, получен патент РФ. На защиту выносятся:
Метод неразрушающего локального термоэлектрического контроля неоднородности поверхностных слоев стальных изделий, позволяющий регулировать толщину контролируемого слоя.
Неразрушающин метод измерения поверхностной микротвердости стальных изделий, позволяющий изменять глубину контролируемого слоя.
Средство термоэлектрического контроля неоднородности поверхности изделия.
Доказательство сильной корреляционной связи между термоэлектрической чувствительностью поверхностного слоя и его микротвердостыо.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 182 страницах основного машинописного текста, содержит 41 рисунок и 21 таблицу. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 143 наименования работ, а также 2 приложений.
