Стандартные методы контроля качества металлических материалов, сварных и паяных соединений

Л. П. Герасимова, Д. Е. Голубков, Ю. П. Гук




            СТАНДАРТНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, СВАРНЫХ И ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ


Справочник
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024

УДК 621.791.052/.3:658.652
ББК 30.607
     Г37













     Герасимова, Л. П.
Г37 Стандартные методы контроля качества металлических материалов, сварных и паяных соединений : справочник / Л. П. Герасимова, Д. Е. Голубков, Ю. П. Гук. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. -668 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-1890-4

         Систематизированы и подробно описаны стандартные методы контроля качества конструкционных металлических материалов (стали, чугуны, алюминиевые, медные, никелевые, магниевые сплавы, порошковые материалы, покрытия), их сварных и паяных соединений, а также изделий из них. Приведены сведения о методах контроля механических, технологических, коррозионных свойств, химического состава, качества покрытий, износостойкости металлических материалов, в том числе порошковых, а также о методах контроля дефектов в металлах и их соединениях. Для каждого метода указаны его суть, область применения, чувствительность и погрешность, трудоемкость, оборудование, аппаратура, реактивы.
         Для инженерно-технических и научных работников металлургической и машиностроительной отраслей промышленности, а также для специалистов, занимающихся контролем качества продукции.

УДК 621.791.052/.3:658.652
                                                     ББК 30.607






ISBN 978-5-9729-1890-4

     © Герасимова Л. П., Голубков Д. Е., Гук Ю. П., 2024
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024

                ОГЛАВЛЕНИЕ





Введение............................................................ 11

Глава 1. Методы контроля механических свойств металлов.............. 13

1.1. Общие положения............................................. 13
1.2. Правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний металлов..................................... 15
   1.2.1. Отбор проб, заготовок и образцов из проката............... 15
   1.2.2. Отбор проб, заготовок и образцов из труб.................. 18
   1.2.3. Отливка проб и изготовление образцов из чугуна............ 19
1.3. Методы испытаний на статическое растяжение..................... 20
   1.3.1. Испытания на растяжение при комнатной температуре......... 20
   1.3.2. Испытания на растяжение при повышенных температурах....    25
   1.3.3. Испытания на растяжение при пониженных температурах....    28
   1.3.4. Испытание на длительную прочность при растяжении.......... 31
   1.3.5. Испытание на ползучесть при температуре до 1200 °C........ 32
   1.3.6. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении................................ 34
   1.3.7. Испытания на растяжение труб.............................. 38
   1.3.8. Испытания на растяжение тонких листов и лент.............. 42
   1.3.9. Испытание на растяжение проволоки......................... 44
1.4. Метод испытания на сжатие...................................... 45
1.5. Методы испытаний на изгиб...................................... 46
   1.5.1. Испытания на статический изгиб............................ 46
   1.5.2. Испытание на перегиб проволоки............................ 49
   1.5.3. Испытание на перегиб листов и ленты....................... 50
   1.5.4. Испытание на изгиб навивкой листов и лент толщиной менее
   2,5 мм........................................................... 51
1.6. Методы измерения твердости..................................... 52
   1.6.1. Измерение твердости при статическом нагружении............ 53
   1.6.2. Измерение твердости при динамическом нагружении........... 59
1.7. Методы испытаний при ударных нагрузках......................... 62
   1.7.1. Испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах............................................ 63
   1.7.2. Испытания на ударный изгиб при температурах от -100 до
   -269 °C.......................................................... 66
   1.7.3. Испытания на ударный изгиб стальных труб и листового проката 69

Стандартные методы контроля качества металлических материалов

   1.7.4. Определение склонности металлов к механическому старению по испытанию на ударный изгиб.................................... 72
1.8. Методы испытаний при циклических нагрузках..................... 73
   1.8.1. Испытания на усталость.................................... 75
   1.8.2. Испытания на малоцикловую усталость....................... 77
   1.8.3. Испытание проволоки на знакопеременное скручивание.....    78
1.9. Метод испытания на кручение.................................... 79

Глава 2. Методы контроля свойств сварных и паяных металлических соединений.......................................................... 83

2.1. Методы контроля механических свойств сварных соединений.....    83
   2.1.1. Общие положения........................................... 83
   2.1.2. Правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний сварных соединений..................... 85
   2.1.3. Испытания сварных соединений при статических нагрузках.    89
   2.1.4. Испытания сварных соединений при ударных нагрузках.....    111
   2.1.5. Измерения твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла................................ 118
2.2. Методы механических испытаний паяных соединений............... 120
   2.2.1. Испытания на растяжение и длительную прочность паяных соединений........................................................ 120
   2.2.2. Испытания на статический изгиб паяных соединений......... 124
   2.2.3. Испытания на ударный изгиб паяных соединений............. 127
   2.2.4. Испытания на усталость паяных соединений................. 130

Глава 3. Методы контроля технологических свойств металлических материалов, их сварных и паяных соединений......................... 133

3.1. Метод испытания на бортование металлических труб.............. 133
3.2. Метод испытания на раздачу металлических труб................. 135
3.3. Метод испытания на сплющивание металлических труб............. 136
3.4. Метод испытания на осадку сортового проката и проволоки....... 137
3.5. Метод испытания на расплющивание металлических прутков или готовых заклепок..................................................... 138
3.6. Метод испытания на выдавливание металлических листов и лент по Эриксену........................................................... 140
3.7. Метод испытания сталей на прокаливаемость..................... 143
3.8. Метод оценки влияния сварки плавлением на основной металл...    145
3.9. Методы испытаний на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением.......................................... 146
3.10. Методы испытаний на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке плавлением.......................................... 147
3.11. Метод оценки хладостойкости сварных конструкций по реакции на
ожог сварочной дугой............................................... 147

Оглавление

3.12. Метод оценки влияния жидкого припоя на механические свойства паяемого материала.................................................. 150
3.13. Методы определения заполнения зазора припоем.................. 152
3.14. Метод определения растекания припоя........................... 153
3.15. Метод определения температуры распайки........................ 153
3.16. Методика определения совместимости металлических материалов с припоями............................................................ 154
3.17. Методика определения снижения прочности металлических материалов с трещинами под действием припоя............................. 155
Глава 4. Методы неразрушающего контроля............................. 156
4.1. Общие положения................................................ 156
4.2. Методы оптического контроля.................................... 167
   4.2.1. Требования к методам оптического контроля................. 167
   4.2.2. Измерение отклонений формы металлопродукции от заданной.... 168
4.3. Методы радиационного контроля.................................. 169
   4.3.1. Радиационная дефектоскопия................................ 169
  ' 4.3.2: Радиографический контроль сварных соединений............. 172
   4.3.3. Электрорадиографический контроль сварных соединений....... 174
   4.3.4. Радиационный контроль слитков черных и цветных металлов...  174
4.4. Методы акустического (ультразвукового) контроля................ 175
    4.4.1. Акустическая (ультразвуковая) дефектоскопия для контроля металлических труб................................................. 177
    4.4.2. Акустический (ультразвуковой) контроль листового проката.  178
    4.4.3. Акустический (ультразвуковой) контроль поковок из черных и цветных металлов................................................. 179
    4.4.4. Акустический (ультразвуковой) контроль железнодорожных рельсов.......................................................... 180
4.5. Методы теплового контроля...................................... 180
4.6. Методы электрического контроля................................. 181
4.7. Методы капиллярного контроля................................... 182
4.8. Методы магнитного контроля..................................... 185
   4.8.1. Магнитопорошковый контроль................................ 186
    4.8.2. Магнитографический контроль швов сварных соединений трубопроводов....................................................... 187
   4.8.3. Метод магнитной памяти металла............................ 188
4.9. Методы течеискания............................................. 188
   4.9.1. Выбор методов и средств испытаний на герметичность........ 189
   4.9.2. Испытания на герметичность................................ 189
   4.9.3. Масс-спектрометрический метод течеискания................. 190
4.10. Вихретоковый метод контроля электрической проводимости цветных металлов............................................................ 191
Глава 5. Методы контроля качества покрытий.......................... 193

Стандартные методы контроля качества металлических материалов

5.1. Общие положения............................................... 194
   5.1.1. Термины и определения, применяемые при описании покрытий.. 194
   5.1.2. Обозначения металлических и неметаллических неорганических покрытий........................................................ 194
   5.1.3. Требования к выбору покрытий............................. 195
   5.1.4. Требования к поверхности основного металла и покрытиям...    196
5.2. Требования к технологическим процессам нанесения покрытий.....    197
   5.2.1. Технологические операции нанесения покрытий на металлические материалы.................................................. 197
   5.2.2. Технологические операции нанесения покрытий на пластмассы .. 199
5.3. Методы контроля качества покрытий............................. 199
   5.3.1. Контроль качества покрытий на металлических поверхностях.    199
   5.3.2. Контроль толщины восстановительных покрытий.............. 212
   5.3.3. Контроль качества покрытий на пластмассах................ 214
   5.3.4. Контроль качества термических покрытий................... 215
   5.3.5. Контроль анодно-оксидных покрытий на полуфабрикатах из алюминия и его сплавов.......................................... 221
   5.3.6. Контроль коррозионных поражений покрытий................. 224
   5.3.7. Контроль временной противокоррозионной защиты............ 224
   5.3.8. Ускоренные коррозионные испытания покрытий............... 225
   5.3.9. Испытания на термоусталость жаростойких покрытий в газовых потоках на клиновидных образцах................................. 228
   5.3.10. Определение жаростойкости защитных покрытий............. 229
Глава 6. Методы контроля износостойкости........................... 231
6.1. Общие положения............................................... 231
   6.1.1. Термины и определения, применяемые при описании износостойкости....................................................... 232
   6.1.2. Требования к методам испытаний на износостойкость........ 233
   6.1.3. Требования к методам установления предельного износа изделий 237
6.2. Методы испытаний на абразивный износ.......................... 238
   6.2.1. Испытание на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы.......................................... 238
   6.2.2. Испытание материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы............................ 239
   6.2.3. Испытание на ударно-абразивное изнашивание............... 240
   6.2.4. Испытание материалов на изнашивание при ударе в условиях низких температур............................................... 241
   6.2.5. Испытание на износостойкость материалов и деталей при гидро-эрозионном изнашивании дисперсными частицами.................... 242
   6.2.6. Испытание материалов и покрытий на газоабразивное изнашивание с помощью центробежного ускорения......................... 242
6.3. Методы испытаний на трение и истирание........................ 243
   6.3.1. Измерение износа деталей трущихся сопряжений............. 243

Оглавление

   6.3.2. Оценка истирающей способности поверхностей при трении.      244
   6.3.3. Испытание материалов на изнашивание при фреттинге и фрет-тинг-коррозии.................................................. 245
   6.3.4. Испытание на трение и изнашивание при смазывании маслохладоновыми смесями............................................... 245
   6.3.5. Оценка износостойкости восстановленных деталей.......... 246
   6.3.6. Оценка истирающей способности поверхностей восстановленных валов...................................................... 247
   6.3.7. Оценка противозадирных свойств машиностроительных материалов......................................................... 248
6.4. Метод ускоренных ресурсных испытаний с периодическим форсированием режима..................................................... 249
6.5. Метод определения энергоемкости при пластической деформации металлических материалов.......................................... 250
Глава 7. Методы контроля качества порошковых металлических материалов ......................................................... 252
7.1. Методы контроля металлических порошков....................... 252
   7.1.1. Отбор проб порошков..................................... 252
   7.1.2. Определение текучести порошков.......................... 253
   7.1.3. Определение удельной поверхности порошков.............   254
   7.1.4. Определение формы частиц металлических порошков ........ 256
   7.1.5. Определение величины частиц порошков.................... 258
   7.1.6. Определение насыпной плотности порошков................. 259
   7.1.7. Определение уплотняемости порошков...................... 261
   7.1.8. Определение плотности порошков после утряски............ 264
   7.1.9. Определение плотности формовок из порошков.............. 264
   7.1.10. Определение прочности прессовок из порошков............ 265
7.2. Методы контроля механических свойств спеченных материалов и
твердых сплавов................................................... 266
   7.2.1. Отбор образцов для испытаний на растяжение спеченных материалов..................................................... 266
   7.2.2. Определение модуля упругости (модуля Юнга) спеченных твердых сплавов.................................................... 268
   7.2.3. Испытание на радиальное сжатие порошковых материалов..   269
   7.2.4. Определение предела прочности и предела текучести при сжатии спеченных твердых сплавов...................................... 270
   7.2.5. Определение твердости по Виккерсу спеченных твердых сплавов 271
   7.2.6. Определение твердости по Роквеллу спеченных твердых сплавов 271
   7.2.7. Определение предела прочности при поперечном изгибе спеченных твердых сплавов............................................ 272
   7.2.8. Испытание на ударный изгиб порошковых материалов........ 273
7.3. Методы определения физических свойств спеченных материалов и твердых сплавов.................................................   274

Стандартные методы контроля качества металлических материалов

   7.3.1. Определение плотности твердых спеченных сплавов.......... 274
   7.3.2. Определение проницаемости газов и жидкостей порошковых изделий......................................................... 275
   7.3.3. Определение величины пор порошковых материалов........... 277
   7.3.4. Определение удельного электрического сопротивления спеченных твердых сплавов............................................. 279
   7.3.5. Определение коэрцитивной силы спеченных твердых сплавов.   280

Глава 8. Методы коррозионных испытаний............................. 282

8.1. Общие положения............................................... 282
8.2. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости 283
8.3. Методы испытаний на коррозионное растрескивание............... 285
   8.3.1. Общие требования......................................... 285
   8.3.2. Испытание образцов на коррозионное растрескивание при одноосном растяжении................................................ 288
   8.3.3. Испытание на коррозионное растрескивание образцов в виде изогнутого бруса................................................ 289
   8.3.4. Ускоренные испытания на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей и титановых сплавов............................ 291
   8.3.5. Ускоренные испытания на коррозионное растрескивание алюминиевых и магниевых сплавов без защитных покрытий.............. 292
8.4. Методы испытаний на стойкость против межкристаллитной коррозии 295
   8.4.1. Испытания на стойкость против межкристаллитной коррозии коррозионностойких сталей и сплавов............................. 295
   8.4.2. Испытания на стойкость против межкристаллитной коррозии металлопродукции из корозионностойких сталей и сплавов.......... 296
   8.4.3. Ускоренные испытания на межкристаллитную коррозию.......   300
8.5. Метод ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию.......... 301
8.6. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии коррозионностойких сталей и сплавов................................ 302
8.7. Методы испытаний на коррозионные потери в атмосферных условиях 304
   8.7.1. Определение коррозионной агрессивности атмосферы......... 304
   8.7.2. Определение параметров коррозионной агрессивности атмосферы     305
   8.7.3. Испытания на климатических испытательных станциях........ 306
   8.7.4. Оценка коррозионных поражений покрытий при эксплуатации и хранении........................................................ 313
   8.7.5. Ускоренные коррозионные испытания атмосферостойкой стали.. 313
   8.7.6. Ускоренные коррозионные испытания алюминия, магния и их сплавов......................................................... 315
   8.7.7. Расчетно-экспериментальный метод ускоренного определения коррозионных потерь в атмосферных условиях..................... 318
8.8. Методы коррозионных электрохимических испытаний............... 319

Оглавление

8.9. Методы определения жаростойкости стали и сплавов............. 321
8.10. Методы испытаний временной противокоррозионной защиты изделий    323
Глава 9. Металлографические методы контроля....................... 325
9.1. Метод определения микроструктуры стали....................... 325
9.2. Методы определения неметаллических включений в стали......... 335
9.3. Методы определения величины зерна в сталях и сплавах......... 340
9.4. Метод оценки микроструктуры листов и лент из сталей.......... 342
9.5. Методы определения структуры отливок из чугуна............... 343
9.6. Методы определения ферритной фазы в прутках из аустенитной стали 348 9.7. Методы оценки макроструктуры проката из сталей............... 349
9.8. Методы оценки макроструктуры жаропрочных сплавов............. 351
9.9. Методы определения глубины обезуглероженого слоя в сталях...  352
9.10. Метод определения коррозионных поражений металлических материалов............................................................ 357
9.11. Метод определения газовой пористости в литейных алюминиевых сплавах........................................................... 360
9.12. Метод определения эрозии паяемого материала................. 362
9.13. Метод выявления и определения толщины прослойки химических соединений в паяных соединениях................................... 363
9.14. Фрактографические методы определения критической температуры хрупкости (КТХ) стали............................................. 364
Глава 10. Методы контроля химического состава конструкционных материалов........................................................ 377
10.1. Общие положения и методы отбора проб для определения химического состава..................................................... 377
10.2. Сталь углеродистая и чугун нелегированный (определяют углерод и графит, серу, фосфор, кремний, марганец, мышьяк, хром, медь, никель, алюминий, титан, ванадий, цирконий, кальций)...................... 382
10.3. Чугун легированный (определяют углерод, серу, кремний, фосфор, марганец, хром, ванадий, никель, медь, титан, мышьяк, магний, кобальт)... 400 10.4. Стали легированные и высоколегированные (определяют углерод, серу, кремний, фосфор, марганец, вольфрам, хром, ванадий, никель, молибден, медь, титан, алюминий, мышьяк, азот, бор, ниобий, микропримеси (сурьма, свинец, олово, цинк, кадмий), селен, церий, цирконий, тантал, висмут, вольфрам, молибден)....................................... 409
10.5. Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые (определяют оксид алюминия, бор, бериллий, висмут, ванадий, железо, кремний, калий, кадмий, литий, магний, марганец, медь, мышьяк, натрий, никель, олово, свинец, сурьму, титан, хром, редкоземельные элементы и иттрий, цирконий, цинк, скандий, галлий)....................................... 443
10.6. Сплавы магниевые (определяют алюминий, марганец, цинк, индий,

Стандартные методы контроля качества металлических материалов

цирконий, кадмий, кальций, кремний, лантан, литий, калий, медь, натрий, неодим, никель, редкоземельные элементы + церий, серебро, титан, хлор, железо, бериллий)...........................................     466
10.7. Сплавы медноцинковые (определяют медь, свинец, железо, марганец, олово, сурьму, висмут, мышьяк, серу, алюминий, никель, кремний, фосфор, цинк)................................................... 479
10.8. Бронзы оловянные (определяют медь, свинец, олово, фосфор, никель, цинк, железо, алюминий, кремний, сурьму, висмут, серу, марганец, магний, мышьяк, титан)............................................. 504
10.9. Бронзы безоловянные (определяют алюминий, железо, марганец, никель, кремний, свинец, мышьяк, сурьму, олово, фосфор, цинк, бериллий, титан, кобальт, кадмий, серебро, хром, теллур, магний)..... 523
10.10. Бронзы жаропрочные (определяют медь, кремний, хром, фосфор, железо, никель, свинец, цирконий, кобальт, титан)............... 553
10.11. Никель, никелевые и медноникелевые сплавы (определяют медь, никель, никель + кобальт, цинк, железо, марганец, кремний, алюминий, кобальт, углерод, вольфрам, магний, мышьяк, хром, сурьму, цинк + кадмий + свинец + висмут + олово, висмут, серу, фосфор, свинец, титан, олово, кальций).................................................... 560
10.12. Сплавы жаропрочные на никелевой основе (определяют олово, сурьму, свинец, висмут, свинец + висмут, мышьяк)................ 595
10.13. Методы определения содержания газов в металлах........... 602

Термины и определения........................................... 613

Приложения..................................................     631

1. ГОСТы, использованные в главах 1-9........................... 631
2. ГОСТы, использованные в главе 10...........................   645
3. Основные международные стандарты (ИСО), используемые или рекомендуемые для использования при контроле качества металлов, их сварных и паяных соединений......................................... 655