Способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в материаловедении для массового контроля состава (пористости) изделий одного форморазмера (например, из твердых сплавов WC-Co и электрических сплавов). Сущность изобретения состоит в том, что сначала выбирают в качестве эталона одно из контролируемых изделий и определяют его состав одним из известных методов, а в качестве однофазного материала - материал с большей частотой резонансных колебаний, из которого изготавливают изделие, идентично по форморазмеру контролируемым, после чего проводят изотермические измерения частот колебаний эталона и однотипных по форморазмеру изделий из одно- и двухфазного материала, а состав изделий при условии f₁ ≥ f_i и f₁ > f_э определяют из соотношений C₂=[(f₁-f_i)(f₁+f_э)/(f₁+f_i)(f₁-f_э)] · C_2э и C₁=1-C₂, где C₁, C₂, C_2э - объемная концентрация фаз с большей и меньшей частотами колебаний контролируемых изделий и концентрация фазы с меньшей частотой колебаний эталона соответственно, доля; f₁, f_i, f_э - частоты резонансных колебаний изделий из фазы материала с большей частотой, контролируемых изделий и эталона соответственно, Гц. 1 табл.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в порошковой металлургии для массового контроля состава изделий одного форморазмера (например, из твердых сплавов WC-C₀, эвтектических сплавов) и, в частности, пористости изделий из любых изотропных материалов.

Известен способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала, включающий измерение частот резонансных колебаний ряда изделий из двухфазного материала переменного состава и одной из входящих в него фаз, по которым судят о составе контролируемых изделий [1]. Недостатком указанного способа является то, что для контроля состава требуются значительные временные затраты для измерения частот и плотностей контролируемых изделий при двух разных температурах, что малопригодно для экспрессного массового контроля.

Более близким к изобретению является способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала, включающий изотермическое измерение частот резонансных колебаний эталона и ряда изделий из двух- и однофазного материала [2] . Однако этот способ трудоемок и малопроизводителен, поскольку связан с предварительным изготовлением ряда изделий переменного состава и измерением частот резонансных колебаний для построения градуировочной зависимости "состав-частота" каждый раз, когда требуется определить измеряющийся в широком диапазоне состав изделий с другими форморазмерами и/или материалом.

Предлагается способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала, включающий изотермическое измерение частот резонансных колебаний эталона и ряда изделий из одно- и двухфазного материала, отличающийся тем, что в качестве эталона выбирают одно из контролируемых изделий и определяют его состав одним из известных способов, а в качестве однофазного материала - фазу с большей частотой, из которой изготавливают изделие, идентичное по форморазмеру контролируемым, после чего состав изделий при условии f₁≥f_i и f₁>f_э определяют из соотношений где C₁, C₂, C_2э - объемная концентрация фаз с большей и меньшей частотами колебаний в контролируемых изделиях и концентрация фазы с меньшей частотой колебаний в эталоне соответственно, доля; f₁, f_i, f_э - частоты резонансных колебаний изделий из фазы материала с большей частотой, контролируемых изделий и эталона соответственно, Гц.

Частота резонансных идентичных (например, крутильных) колебаний изделий зависит от их формы, размера и состава (пористости). Для плотных изделий одного форморазмера (каковыми и являются пластины из твердых сплавов) частота колебаний может служить мерой их состава. В аналоге концентрацию каждой фазы в изделиях одного форморазмера определяют по величинам плотностей и температурных коэффициентов частот резонансных колебаний двух- и однофазных изделий, в прототипе - по градуировочной зависимости "состав-частота". В предлагаемом способе определение концентрации каждой фазы в двухфазном материале основано на законах аддитивности модулей упругости и акустического сопротивления, выраженных через измеряемые частоты упругих колебаний контролируемых изделий, эталона и изделия из фазы материала с большей частотой. В связи с изложенным частоты резонансных колебаний измеряют при одной температуре (например, при комнатной), что необходимо и достаточно для определения состава при условии f₁≥f_i и f₁>f из соотношений (1) где C₁, C₂, C_2э - объемная концентрация фаз с большей и меньшей частотами колебаний в контролируемых изделиях и концентрация фазы с меньшей частотой колебаний в эталоне соответственно, доля; f₁, f_i, f_э - частоты резонансных колебаний изделий из фазы материала с большей частотой, контролируемых изделий и эталона соответственно, Гц.

Использование в качестве одного из контролируемых изделий и определение его состава одним из известных способов (например, рентгеновским) освобождает каждый раз при других форморазмере и/или материале от необходимости предварительного изготовления ряда изделий переменного состава и измерения частот резонансных колебаний для построения нелинейной градуировочной зависимости "состав-частота", что существенно упрощает известный способ, а точность контроля остается на уровне известного способа. Кроме того, предлагаемый способ может быть автоматизирован и применен непосредственно в технологической цепочке, что приведет к дальнейшему повышению экспрессивности контроля.

Наряду с отмеченными выше, предлагаемый способ имеет дополнительную возможность в частном случае, когда вместо материальной фазы 2 будет пористость, т.е.

.

При этом расчетная формула (1) упрощается и выглядит следующим образом:

где
P - объемная концентрация пористости, доля;
f₁, f_i - частоты резонансных колебаний однотипных плотного и пористого изделий, Гц.

Способ осуществляют следующим образом.

Из партий контролируемых изделий одного форморазмера выбирают эталон и определяют его состав известным (например, рентгеновским) способом. Из фазы материала с большей частотой резонансных колебаний изготавливают изделие, идентичное по форморазмеру контролируемым. Затем проводят изотермические измерения частот резонансных идентичных колебаний эталона, контролируемых изделий и однофазного изделия с большей частотой и концентрацию фаз определяют из приведенных соотношений (1).

Примеры конкретного выполнения.

Отметим, что в изделиях могут быть возбуждены и измерены любые упругие колебания: продольные, крутильные и др. При этом возможна регистрация как частоты, так и периода колебаний, поскольку они связаны обратно пропорциональной зависимостью. Для реализации способа необходимо использовать частоты идентичных колебаний.

1. В таблице представлены известные результаты [2] измерений модулей продольной упругости E и сдвига G образцов твердых сплавов WC-C_O одного форморазмера (пусть для определенности это будет штабик 4 x 4 x 34 мм) и их состав, определенный рентгеновским методом. Измеренные, но не приведенные в работе [2] частоты (f₁, f_i) продольных и крутильных резонансных колебаний были рассчитаны из данных по E и G и известной плотности WC (15,65 г/см³), C_O (≈8,6 г/см³) и твердых растворов C_O-W (8,65-9,6 г/см³). Многочисленные результаты были сгруппированы по принципу идентичности состава связки (т.е. концентрации W в C_O). В каждой группе произвольно выбрали одно из изделий в качестве эталона f_э (см. таблицу), состав C_э которого был определен рентгеновским методом. Затем по соотношению (1) для идентичных частот (f₁=f_WC, f_i= f_WC-Co) при условии f₁≥f_i и f₁>f_э определили состав сплава в контролируемых изделиях. Как видно из таблицы, результаты определения состава сплава предлагаемым и рентгеновским способами практически совпадают.

Таким образом, для определения состава в партии однотипных (по форморазмеру) изделий из двухфазного материала, преимущественно изотропного, необходимы и достаточны изотермические измерения частот идентичных резонансных колебаний изделий из фазы с большей частотой и из двухфазного материала, а также эталона из партии, состав которого определяют известным методом. Имеющиеся в настоящее время технические средства позволяют проводить массовый контроль однородности изделий с необходимой точностью более просто и экспрессно.

Формула изобретения

Способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала, включающий изотермическое измерение частот резонансных колебаний эталона, изделий из однофазного материала и контролируемых изделий из двухфазного материала и определение состава контролируемых изделий, отличающийся тем, что в качестве эталона выбирают одно из контролируемых изделий, состав которого предварительно определяют одним из известных методов, изготавливают идентичное по форморазмеру контролируемым изделие из однофазного материала, используя материал с большей частотой, после чего состав изделий при условии f₁ ≥ f_i и f₁ > f_э определяют из соотношений

C₁ = 1 - C₂,
где C₁, C₂, C_2э - объемная концентрация фаз с большей и меньшей частотами колебаний в контролируемых изделиях и концентрация фазы с меньшей частотой колебаний в эталоне соответственно, доля;
f₁, f_i, f_э - частоты резонансных колебаний изделий из фазы материала с большей частотой, контролируемых изделий и эталона соответственно, Гц.

РИСУНКИ

Рисунок 1