ООО «КБ Передовых технологий», г. Заречный Пензенской обл.

Качество выпускаемой продукции – залог успеха любой компании, будь то крупное государственное производство или небольшая частная фирма. При механической обработке определяющим является контроль геометрии деталей на соответствие чертежной документации. Практически не контролируется один из основных параметров изделий – марка металла. Основная причина – отсутствие доступных приборов для проведения этой операции именно в производственных условиях. Наименее изучена одна из характеристик промышленных сплавов – термоэдс. В известных литературных источниках представлены значения термоэдс (эффект Томаса Зеебека, 1821 г.) только химически чистых металлов. В промышленности эти данные не нашли широкого применения. Хорошо изучена термоэдс сплавов на основе платины с родием, вольфрама с рением и пр., что позволило разработать ряд термопар, без которых сейчас не может обойтись ни наука, ни производство (1,2). Цель работы – изучение термоэдс промышленных сталей и сплавов и разработка на базе полученных данных технических условий, позволяющих наметить контуры проектирования и изготовления анализатора для контроля марок металлов на всех этапах изготовления деталей.

Для исследований были отобраны более 40 наиболее применяемых в производстве сталей и сплавов, включая алюминиевые, титановые и сплавы на основе меди (круглый прокат). Учитывали, что термоэдс во многом зависит от химического состава плавок и может изменяться в пределах, установленных стандартами. Поэтому исследовали от 5 до 20 плавок каждой марки металлов. Предварительно каждая плавка подвергалась количественному анализу с применением спектральных и химических методов. Измерение термоэдс проводили на специально разработанном макетном образце прибора, где основное внимание было уделено точности поддержания температуры горячего наконечника. С этой целью в алгоритм работы прибора для анализа измерений термоэдс заложены метод нечетной логики и метод наименьших квадратов (МНК).

В данном материале приведены зависимости термоэдс от температуры только некоторых марок металлов. Образцы металлов исследовали в состоянии поставки и не подвергали термическому воздействию. Следует отметить, что представленные значения термоэдс являются относительными величинами, которые во многом зависят от конструктивных особенностей измерительного прибора. Графики имеют минимальные и максимальные значения термоэдс для каждой марки сталей и сплавов, что объясняется разбросом содержания легирующих элементов, структурной неоднородностью. В зависимости от марки металла значения термоэдс имеют как отрицательные, так и положительные величины. Однако, сталь 30ХГСА в зависимости от температуры имеет как положительные значения, так и отрицательные (Рис.1).

Эта марка характерна и тем, что на одном и том же образце наблюдается существенный разброс значений термоэдс, но они не выходят за рамки минимальных и максимальных, которые представлены на графике. Предположение о наличии структурной неоднородности подтвердили металлографические исследования, которые выявили на образцах ликвационные квадраты и точечную неоднородность 1-2 баллов.

Измерения проводили вдоль и поперек проката. На некоторых марках металлов значения термодс вдоль проката несколько выше, но в пределах приведенных графиков. Очень много случаев в производстве, когда перепутывали сплавы АМц, Д16 и АМг6. На рис. 2 показано, что величины термоэдс этих сплавов имеют существенную разницу в значениях, что указывает на возможность контроля данных металлов. Также хорошо различаются величины термоэдс ст. 45 и 40Х, которые, как показала практика, также регулярно перепутывают в процессе изготовления деталей (Рис.3).

На этом же графике приведены данные и для ст. 20. Из исследованных 18 плавок (содержание углерода 0,19-0,22%) 30% имеют такие же значения термоэдс как и у ст. 45. Анализ химсостава показал более высокое содержание марганца: 0,57 % - 0,62%. Закалка на воду образцов привело к увеличению твердости до 240 НВ, что подтверждает положительное влияние марганца на процесс образования мартенсита (подтверждено микроструктурным анализом). Образцы плавок с содержанием марганца 0,37-0,42% после закалки имели твердость 160 НВ. Характерно то, что листовые металлы ст. 20 и ст. 45 имеют хорошо различимые значения термоэдс, что, видимо, связано с особенностями нагартовки листовых материалов в процессе прокатки. Термоэдс листовых металлов (до 3 мм) и круглого проката некоторых марок отличаются существенно. В настоящее время выясняются причины этого явления

По результатам проведенных исследований сформулированы технические условия и разработан портативный анализатор металлов, удовлетворяющий требованиям производства. При производственных испытаниях была разбраковано 2 тысячи гаек М12. Вместо положенной марки 30ХГСА   более 800 шт.. случайно было изготовлено из 40Х.