Комплексное оснащение лаборатории для физико-механических испытаний
Задача заказчика
Для обеспечения надлежащего качества продукции необходимо проводить как входной контроль материалов, так и контроль готовых изделий. Однако с увеличением объемов производства обращение в сторонние лаборатории становится менее эффективным: увеличиваются сроки получения результатов, возникает зависимость от графика подрядчика, появляются риски задержек поставок.
Поэтому все больше предприятий принимают решение организовать собственную лабораторию физико-механических испытаний.
В нашу компанию обратилось предприятие, выпускающее продукцию для объектов атомной энергетики. Номенклатура используемых материалов достаточно широка и включает как конструкционные углеродистые стали (например, сталь 20), так и коррозионностойкие аустенитные стали типа 12Х18Н10Т.
После изучения технической документации, характеристик материалов и требований нормативной документации была сформирована концепция оснащения лаборатории.
Какие задачи испытаний необходимо было решить
Перед лабораторией стояло несколько ключевых направлений контроля качества:
Испытания на растяжение
Лаборатория должна была определять механические характеристики металлов в соответствии с требованиями ГОСТ 1497:
- временное сопротивление;
- условный предел текучести;
- относительное удлинение;
- относительное сужение.
Испытания при повышенной температуре
Для оценки поведения материалов в условиях эксплуатации требовалось проведение испытаний по ГОСТ 9651. Оборудование должно было обеспечивать равномерный нагрев рабочей зоны до 350 °С и поддерживать стабильную температуру на протяжении всего испытания.
Испытания на ударный изгиб
Для определения ударной вязкости необходимо было проводить испытания на маятниковом копре с регистрацией энергии разрушения образцов.
Металлографические исследования
Помимо механических испытаний лаборатория должна была выполнять исследования микроструктуры металла: определять величину зерна, оценивать неметаллические включения, документировать результаты и проводить автоматизированный анализ структуры.
Контроль содержания ферритной фазы
Для изделий из аустенитных и аустенитно-ферритных сталей требовалось организовать оперативный контроль содержания ферритной фазы.
Анализ требований
Перед подбором оборудования специалисты нашей компании изучили:
- перечень применяемых марок сталей;
- размеры и типы образцов;
- диапазоны ожидаемых испытательных нагрузок;
- требования ГОСТ к проведению испытаний;
- необходимую производительность лаборатории;
- перспективы расширения номенклатуры продукции.
Такой подход позволил подобрать оборудование без лишних финансовых затрат, сохранив возможность дальнейшего развития лаборатории.
Подобранное оборудование
Универсальная испытательная машина ЭВО-М100
Для испытаний на растяжение была выбрана универсальная испытательная машина ЭВО-М100.
Она обеспечивает проведение испытаний на растяжение в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-2023, автоматическое построение диаграммы нагружения, определение всех необходимых механических характеристик и формирование протоколов испытаний.
При подборе оборудования необходимо понимать насколько высокое требуется усилие для разрушения образцов, поэтому проводятся теоретические расчеты.
Как видно из расчетов, для испытания образцов потребуется усилие примерно равное 62 кН. Для обеспечения запаса по мощности, а так же возможности будущего расширения номенклатуры используемых материалов, была выбрана машина мощностью 100 кН ЭВО-М100.
Высокотемпературная печь ЭВО-Н600
Для проведения испытаний по ГОСТ 9651-84 необходима печь для нагрева образцов до 350 ºС, поэтому испытательная машина была оснащена высокотемпературной печью ЭВО-Н600.
Печь обеспечивает:
- равномерный нагрев рабочей зоны;
- высокую точность поддержания температуры.
Такое решение позволяет проводить исследования прочностных характеристик материалов при температурах, соответствующих условиям эксплуатации изделий, а конструкция с поворотной штангой позволяет оперативно вводить печь в зону испытаний по необходимости.
Маятниковый копер ЭВО-К300А
Для определения ударной вязкости был выбран маятниковый копер ЭВО-К300А.
Копер проводит испытания в полуавтоматическом режиме, что обеспечивает высокую скорость и точность испытаний, а программное обеспечение позволяет минимизировать вероятность ошибки при определении ударной вязкости.
Согласно ГОСТ 10708, затраченная на разрушение энергия должна быть в диапазоне 10…80 % от потенциальной энергии маятника, поэтому для испытаний лучше всего подходят маятник с энергией 150 Дж.
Инвертированный металлографический микроскоп
Для решения задач металлографического контроля лаборатория была оснащена инвертированным микроскопом SIAMS MТ-30 с программным комплексом анализа изображений.
Комплекс позволяет в автоматическом режиме:
- определять величину зерна;
- проводить анализ неметаллических включений;
- сохранять изображения высокого разрешения;
- формировать отчеты;
- выполнять количественный анализ структуры.
Исходя из требований выше понятно, что микроскоп должен обеспечивать увеличение 100…500 крат, поэтому микроскоп был оснащен объективами 10, 20, 50, 100 крат. Использование специализированного программного обеспечения значительно сокращает время исследований и минимизирует влияние человеческого фактора на результаты.
Портативный ферритометр
Для оперативного контроля содержания ферритной фазы на готовых изделиях был выбран портативный ферритометр АКА-Скан МФ-71Л v.2 , т.к. для его работы не требуется вырезать отдельную пробу.
Прибор позволяет проводить как точечный контроль ферритной фазы, так непрерывное сканирование по всей поверхности.
Итоги проекта
В результате реализации проекта заказчик получил полностью оснащенную лабораторию, способную выполнять полный комплекс механических испытаний и металлографических исследований
Созданный испытательный комплекс обеспечивает:
- проведение испытаний на растяжение при комнатной и повышенной температуре;
- проведение испытаний на ударный изгиб;
- анализ величины зерна и неметаллических включений;
- контроль содержания ферритной фазы.
Поставка оборудования включала не только его монтаж. Все средства измерений, внесенные в Государственный реестр, были переданы заказчику с действующей поверкой, что позволило сразу приступить к работе без дополнительных организационных процедур.
Специалисты нашей компании выполнили пусконаладочные работы, проверили работоспособность испытательного комплекса, настроили программное обеспечение и провели обучение персонала предприятия работе с оборудованием и методикам проведения испытаний.
В результате заказчик получил полностью готовую к эксплуатации лабораторию, позволяющую выполнять внутренний контроль качества продукции в соответствии с требованиями действующей нормативной документации.
