СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF CHEMICAL COMPOSITION AND STRUCTURE OF METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля физико-химических свойств металлических изделий.
Известен способ неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла, заключающийся в измерении термо-ЭДС, возникающий при контакте горячих электродов с деталью, и сопоставления с термо-ЭДС эталона (а.с. 670868). При этом используются две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, а о качестве поверхностного слоя судят по величине суммарной термо-ЭДС электродов.
Недостатком данного способа является возможность ошибки определения марки стали при измерении термо-ЭДС при фиксированной температуре. Так, например, известно, что термо-ЭДС, измеренная на приборе металлиста ПМ-641 для стали 65Г и У8 имеет одинаковые значения, а для стали 10 и 95X18 отличие около 1%.
Известен способ определения содержания кремния, марганца и углерода в стали путем измерения термо-ЭДС в пределах температур 25-900 и определения скоростей изменения термо-ЭДС при температурах 50±10°С и 500±10°С, используя эти скорости для нахождения легирующих элементов (а.с. 890195).
Недостатком этого способа является большие погрешности нахождения скоростей изменения термо-ЭДС, т.к. зависимости термо-ЭДС от температуры являются нелинейными функциями. Поэтому полученный результат существенно зависит от точности нахождения этой зависимости в диапазоне температур ±10°С, а расширение этого диапазона не возможно ввиду нелинейности зависимости.
Наиболее близким техническим решением является метод термо-ЭДС, предложенный Г.В. Акимовым. Этот метод основан на измерении термоэлектродвижущей силы в цепи, состоящей из испытуемого металла, двух контактирующих с ним электродов и проводов, соединяющих эти электроды с регистратором разности потенциалов (Современные методы контроля материалов без разрушения. Под ред. С.Т. Назарова. М.:
Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1961, с. 224.).
Наиболее близкое техническое решение к заявляемому изобретению обладает тем же недостатком, что и описанный выше аналог (а.с. 670868). Высокая вероятность ошибки определения марки стали по величине термо-ЭДС при фиксированной температуре.
Целью изобретения является повышение точности определения химического состава и структуры материала, с использованием метода термо-ЭДС.
Сущность изобретения заключается в измерении термо-ЭДС в цепи, состоящей из испытуемого металла, двух контактирующих с ним электродов, один из которых нагревается и проводов, соединяющих эти электроды с регистратором разности потенциалов. На нагреваемый электрод подается фиксированное количество тепловой энергии за фиксированный промежуток времени, одновременно с началом нагрева электрода производится измерение зависимости термо-ЭДС от времени, а определение химического состава и структуры материала производится путем сравнения полученной зависимости термо-ЭДС от времени и величины интеграла от этой зависимости, с зависимостями термо-ЭДС от времени и величинами интегралов от этих зависимостей полученными на эталонных образцах.
Пример
На фиг. 1 представлена схема реализации способа. На исследуемый образец 1 устанавливаются электроды 2 и 3, выполненные из одного материала. На электроде 3 установлен нагревательный элемент 4, на который в процессе измерения подается электрический импульс тока с фиксированной амплитудой и длительностью. Измерение регистратором 5 зависимости термо-ЭДС от времени, начинается с началом нагрева электрода 3, а завершается с окончанием процесса нагрева. Данные с регистратора 5 передается на ЭВМ 6, где производится их обработка.
0
1
На фиг 2. Схематически показана зависимость термо-ЭДС от времени, τ - начало импульса тока, τ - окончание нагрева, S - площадь под измеренной зависимостью термо-ЭДС.
Далее полученный сигнал обрабатывается на ЭВМ и находятся зависимость термо-ЭДС от времени и интеграл от этой зависимости (площадь S под кривой на фиг. 2). Для определения химического состава и структуры образца 1, производится сравнение полученной зависимости и интеграла от этой зависимости, с зависимостями и интегралами, ранее полученными на эталонных образцах с известным химическим составом и структурой металлов. После сравнения выбирается наиболее близкий по химическому составу и структуре металл или сплав.
2
Повышение точности измерения достигается, использованием значительно большим количеством информации, получаемым в опыте. Так как, при непрерывной регистрации зависимости термо-ЭДС от времени мы получаем ряд значений термо-ЭДС при различных временах и, следовательно, температурах. В этом случае вероятность совпадения результатов измерения для различных металлов и сплавов резко уменьшается. Сравнение зависимостей проводится по параметрам приближенного уравнения регрессии, описывающим зависимость термо-ЭДС от времени. Например, E(t)=a+bt+ct, в этом уравнении a, b и с являются параметрами, которые в дальнейшем используются для сравнения с параметрами зависимостей, полученными на эталонных образцах. Использование интеграла от зависимости, позволяет проводить экспресс анализ, сравнивая только величины S.
Для повышения точности измерения необходимо выполнение следующих условий - тепловой импульс должен иметь постоянную величину и длительность, температура образца и электродов должна быть равна температуре, при которой были получены эталонные измерения, в случае небольшого отклонения начальной температуры от эталонных измерений необходимо вводить поправочные коэффициенты, которые могут быть получены при проведении измерения на разных эталонах.