ŞtiinŢa Şi ingineria materialelor · pdf fileîmbinărilor în scopul punerii...

ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELORMATERIALELOR

conf.dr.ing. Liana Balteş[email protected]

curs 4

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

CONTROLUL NEDISTRUCTIVCONTROLUL NEDISTRUCTIVAnsamblu de procedee pentru examinarea materialelor, pieselor şi îmbinărilor în scopul punerii în evidenţă a defectelor acestora, prin metode nedistructive.

CONTROLUL CU PENETRANŢIDefect l treb ie să plece de la suprafaţă intrarea în defect trebuieDefectul trebuie să plece de la suprafaţă, intrarea în defect trebuie să fie neacoperită, iar substanţele chimice folosite trebuie să fie compatibile cu materialul încercat şi să nu-l degradeze.


Fig. 1. Etapele examinării cu lichide penetrante1 ă i f i i ă l bilă 2 li1.pregătirea suprafeţei şi curăţarea prealabilă; 2.aplicareapenetrantului; 3.îndepărtarea excesului de penetrant şi uscare;4.aplicarea developantului; 5.inspecţia suprafeţei şi interpretarea p p p p prezultatelor; 6.înregistrarea rezultatelor; 7.curăţare finală şi eventuala protecţie.


Fig.2. Discontinuităţi evidenţiate prin examinare în lumină ultravioletă, la piese de aviaţie


Fig.3. Punerea în evidenţă a unor defecte


Indicaţii relevante în interpretarea rezultatelor controlului cu penetranţiIndicaţii relevante în interpretarea rezultatelor controlului cu penetranţi (fig.4.)

) i ) fi i ( b lă) i li ă d ăt da). şi c). fisuri (ex. oboseală), suprapuneri, lipsă de pătrundere; b). fisuri (ex. termice); d). fisuri (ex. polizare); ) ( p );e). fisuri (ex. coroziune sub tensiune); f)., g). h). pori (puncte, grupare de puncte, cuiburi)


TERMOVIZIUNEA ŞI TERMOGRAFIA• Termoviziunea şi termografia (numite ThV/ThG) sunt termeni asemănători ce fac referire la o tehnică modernă, de înaltă

f i i i i î iperformanţă, ce permite vizualizarea şi generarea în timp real a unor hărţi termice ("imagini termice", termograme) ale sistemelor biologice sau tehnice aflate sub investigaţie.biologice sau tehnice aflate sub investigaţie. • Pentru realizarea activităţii de scanare termică se utilizeazăechipamente specializate numite camere de termoviziune /termografie, asemănătoare ca dimensiuni şi aspect cu binecunoscutele camere video din viaţa cotidiană.• ThV/ThG este o metodă de a vizualiza obiectele după radiaţia îninfraroşu (IR) emisă de acestea si nu după radiaţia vizibilă care poate fi detectată fără nici o dificultate de ochiul umanpoate fi detectată fără nici o dificultate de ochiul uman.

Proprietăţi ale materialelor şi încercări

Camere termografice FLIRFig.5.


In situaţia obişnuită omul poate vedea obiectele înconjuratoare datorită luminii reflectate de acestea. Ochiul uman are capabilitatea de a vedea o porţiune îngustă din spectrul electromagnetic numităa vedea o porţiune îngustă din spectrul electromagnetic, numită"vizibil“.In absenţa Soarelui (sursa principală de iluminare), nu există luminăcare să fie reflectată şi majoritatea mamiferelor sunt practic în imposibilitatea de a vedea ceva (unele specii de şerpi au capacitatea de a vedea în infraroşu)a vedea în infraroşu). Ochiul uman nu are abilitatea de

a vedea restul spectrului pelectromagnetic, deci nici zona de spectru ce cuprinde radiaţia IR.


ThV/ThG IR i ă h i ă l i ă î d i l• ThV/ThG - IR reprezintă o tehnică relativ recentă în domeniul metodelor moderne de diagnosticare în industrie, oferind rezultate de mare precizie ce conduc la reducerea timpului de depistare a d f l i l f ă ă ii hi l î i ldefectelor şi evaluare performantă a stării echipamentelor în timpul funcţionării, fără a fi nevoie de oprirea acestora sau de efectuarea unor operaţii mai complicate, cum ar fi demontarea şi transportul lor la un

d di icentru de diagnosticare. • Metoda poate fi utilizată în multiple aplicaţii tehnice din domeniul

industrial, cele mai vizate domenii fiind energetica, electrotehnica, , g , ,electronica şi microelectronica dar nu trebuie omise industria constructoare de maşini, petrolieră sau cea metalurgică / siderurgică.

• Uzual paleta de culori este asociată cu schimbările de culoare aleUzual, paleta de culori este asociată cu schimbările de culoare ale fierului la creşterea temperaturii sale.

• Astfel, culorile alb, galben şi roşu corespund temperaturilor mai înalte iar albastru violet şi negru temperaturilor mai coborâteînalte iar albastru, violet şi negru temperaturilor mai coborâte.


ThV/ThG-IR este de mare utilitate în practică deoarece permite realizarea asa numitei "mentenanţe predictive", sintagmă aplicabilăîn toate ramurile industriale dar care poate fi adaptată perfect şi înîn toate ramurile industriale dar care poate fi adaptată perfect şi în domenii ca biologia sau medicina. Primul semn al unui defect sau al unei probleme de funcţionare este dat deseori de o creştere a căldurii în zona respectivă, în consecinţăş p , ţde o creştere a emisiei de radiaţii infraroşii. In alte cazuri, scăderea nejustificată a temperaturii unor zone sau elemente ale unui echipament poate fi un semn al unor fenomene p pnegative la nivelul acestora. După generare, termograma este procesată digital în vederea localizării exacte a punctelor de stres termic şi defectelor. p


Fig.6. Cladiri/izolaţieg ţ


Fig.7. Şi alte instalaţii…

*>47.7°C

45 0


20 0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

Fig.8. Industrie chimică şi fenomene fizico-chimice

*<-11.6°C

-10.0

*>106.7°F

80.085.090.095.0

100.0105.0

50.055.060.065.070.075.0

*<28.1°F

30.035.040.045.0

Fig.9. Medicină-tumori, pneumotorax, leziuni musculare …..


g , p ,

picior drept discret edem

di i i l i i lMedicina veterinară-leziuni musculare

Mediu Biologie


CONTROLUL CU PULBERI MAGNETICECONTROLUL CU PULBERI MAGNETICE• Controlul cu pulberi magnetice reprezintă o metodă de localizare a

discontinuităţilor situate la suprafaţă sau în preajma suprafeţei t i l l f timaterialelor feromagnetice.

• Această examinare se bazează pe faptul că, atunci când materialul sau o parte a acestuia este magnetizat, discontinuităţile care sunt p gsituate în general în direcţie transversală faţă de direcţia câmpului magnetic creează fluxuri magnetice de dispersie, detectabile cu ajutorul particulelor feromagnetice fine, aplicate pe suprafaţă.j p g , p p p ţ

• Aceste particule, care se depun uscate sau ca suspensie într-un lichid ca apa sau uleiul, se dispun de-a lungul defectului, pentru a marca o urmă vizibilă ce arată locul suprafaţa şi forma acestuiaurmă vizibilă, ce arată locul, suprafaţa şi forma acestuia.

• Trebuie specificat faptul că materialele neferoase ca: aliajele de aluminiu, magneziu, cupru, titan, plumb, oţelul austenitic, nu pot fi inspectate prin această metodăinspectate prin această metodă.

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞIÎNCERCĂRI

Bobină de demagnetizare

Fi 10 B d t l di t ti 1960Fig.10. Banc de control nedistructiv a.1960; b.2006


Fig.11. Piese controlate cu ajutorul pulberilor magnetice

defect


Pregătire suprafeţeig p ţ• Mobilitatea particulelor magnetice la suprafaţa piesei este

influenţată de rugozitatea suprafeţei, stratul de oxid, pelicule de grăsimi şi apă.de grăsimi şi apă.

• Sursele de contaminare pot provoca indicaţii false, îngreunând interpretarea rezultatelor.Î i t d ţiil d t l fi î lăt t• Înainte de parcurgerea operaţiilor de control vor fi înlăturate toate sursele de contaminare, prin prelucrare, respectiv îndepărtare mecanică, urmată de spălare cu detergent.

Condiţii de examinare• Examinarea pieselor se realizează în lumină albă difuză, iar în

cazul folosirii pulberilor fluorescente se utilizează lumina pultravioletă, în spaţii slab iluminate.

• Indicaţiile false se pot datora şi magnetizării excesive, ceea ce duce la formarea de depozite artificiale de pulbere magnetică.duce la formarea de depozite artificiale de pulbere magnetică.


CONTROLUL CU ULTRASUNETE

•Ultrasunetele sunt introduse în material şi sunt reflectate de suprafaţa posterioară sau de un defect întâlnit pe parcurs.suprafaţa posterioară sau de un defect întâlnit pe parcurs.

•Pe ecranul osciloscopului se pune în evidenţă traseul ultrasunetelor şi astfel sunt depistate defectele. f

E l f i

Ecoulfisurii

Ecoul suprafeţei posterioare

placă

fisură

0 2 4 6 8 10

fisurii

0 2 4 6 8 10

Osciloscop


Fig 12 Aparatură de control cu ultrasuneteFig.12. Aparatură de control cu ultrasunete


UNDE FOLOSIM CONTROLUL NEDISTRUCTIV?

CONTROLUL SEMIFABRICATELOR OBŢINUTE PRIN PROCESECONTROLUL SEMIFABRICATELOR OBŢINUTE PRIN PROCESEPRIMARE:

f jforjareturnare,extruziuneetc.


CONTROLUL SEMIFABRICATELOR OBŢINUTE PRIN PROCESE SECUNDARE:

prelucrare mecanicăsudarerectificarerectificaretratament termicşlefuiretetc.


CONTROLUL PIESELOR LA CARE AU APĂRUT DEFECTE ÎÎN SERVICIU

rupericoroziuneeroziune, uzurădefecte datorate temperaturilor ridicateetc.


CONTROLUL CENTRALELOR ELECTRICECONTROLUL CENTRALELOR ELECTRICE

Periodic centralele sunt închise pentru verificarea schimbătoarelor de căldurăverificarea schimbătoarelor de căldură cu ajutorul curenţilor turbionari pentru coroziune.

tester

Semnale înregistrate pentru

Conductă cu defect

diferite adâncimi de coroziune


CONTROLUL CABLURILORCONTROLUL CABLURILOR

Dispozitivele electromagnetice şi

t l l i l ili ăcontrolul vizual se utilizează pentru controlul cablurilor deteriorate şi rupte care sunt folosite de exemplu lafolosite de exemplu la telecabine.


CONTROLUL CAZANELOR ŞI RECIPIENŢILOR DE DEPOZITARECONTROLUL CAZANELOR ŞI RECIPIENŢILOR DE DEPOZITARE

Controlul cuControlul cu ultrasunete al pereţilor pentru determinarea coroziuniicoroziunii

Controlul vizual cu camere cu fir pentru interiorulpentru interiorul recipienţilor


CONTROLUL ÎN AVIAŢIECONTROLUL ÎN AVIAŢIE

• Pentru determinarea fisurilor şi coroziuniicoroziunii

• Exemplu de fisură la oboseală

CONTROLUL MOTOARELOR APARATELOR DE ZBOR

• Motoarele aparatelor de zbor suntMotoarele aparatelor de zbor sunt verificate după un anumit număr de ore de zbor.

• Sunt complet dezasamblate curăţate• Sunt complet dezasamblate, curăţate, verificate şi reasamblate.

• Controlul cu lichide fluorescente penetrante este tili at pentrpenetrante este utilizat pentru determinarea fisurilor diferitelor părţi componente.

Sioux City Iowa July 19 1989ACCIDENT AVIATIC AL ZBORULUI 232

Sioux City, Iowa, July 19, 1989Un defect nedetectat la o paletă a motorului ao paletă a motorului a fost cauza accidentului aviatic United Flight 232 (19 iulie 1989)232 (19 iulie 1989).


CONTROLUL CONDUCTELOR SUB PRESIUNECONTROLUL CONDUCTELOR SUB PRESIUNE

Fisurarea conductelor sub presiune poate determina pierderi de energie și explozii. Pentru a evita aceste evenimente nedorite se face control radiograficnedorite se face control radiografic şi ultrasonic.


CONTROLUL ŞINELORCONTROLUL ŞINELOR

Echipamente speciale sunt utilizate pentru inspectarea şinelor de cale ferate pentru evitarea deraierilor.

CONTROLUL PODURILOR

• Coroziunea fisurile crăpăturile• Coroziunea, fisurile, crăpăturile şi alte deteriorări pot duce la defecţiuni însemnate.R Sil B id i 1967• Ruperea Silver Bridge in 1967 a dus la pierderea a 47 de vieţisi pierderi de 175 milioane dolaridolari.

• Podurile sunt inspectate vizual la fiecare 2 ani.

• Unele poduri sunt inspectate acustic, ascultând sunetul ce arată apariţia şi propagarea unei crăpături.

• Podul Ben Franklin din Philadelphia.p

• Sunt ataşati senzori pe pod care monitorizează permanent starea acestora.


CONTROLUL CONDUCTELOR ŞI ŢEVILORCONTROLUL CONDUCTELOR ŞI ŢEVILOR

Controlul vizual, radiografic şi electromagnetic este utilizat în vederea ită ii il î di l î j ătevitării scurgerilor în mediul înconjurător.

DIAGRAME DE ECHILIBRU BINARE

Metalele sunt rar folosite în formă pură, ci sub formă de aliaje.Aliajul este materialul alcătuit din 2 sau mai multe metale sau din metale şi nemetale, dar în care predomină proprietăţile metalice.C ţi t l t l hi i ti i ă l fComponenţi sunt elementele chimice care participă la formarea aliajului. După numărul de componenţi pot fi: binare (2 componenţi), ternare (3 componenţi), cuaternare (4 componenţi) sau polinare(mai mulţi componenţi).Există în general un component de bază (care este baza aliajului respectiv) şi unul sau mai mulţi componenţi de aliere sau de adaosrespectiv) şi unul sau mai mulţi componenţi de aliere sau de adaos (care se adaugă în metalul de bază). Suma elementelor de aliere dintr-un aliaj poartă numele de grad de aliere, şi distingem:

-bogat aliate (Σ elementelor de aliere > 10%);di li (Σ l l d li 2 5 10%)-mediu aliate (Σ elementelor de aliere 2,5 - 10%);

-slab aliate (Σ elementelor de aliere < 2,5% ).


Pe lângă componentul de bază şi componentul sau componenţii de aliere, orice aliaj industrial conţine în cantităţi reduse anumite elemente care fie nu au putut fi eliminate complet în procese de purificare, fie au ajuns accidental în aliaj la elaborare şi prelucrare.purificare, fie au ajuns accidental în aliaj la elaborare şi prelucrare. Aceste elemente se numesc impurităţi. Impurităţile pot fi neutre (nu înrăutăţesc structura şi proprietăţile aliajului) şi nocive (înrăutăţescstructura şi proprietăţile aliajului) acestea fiind limitate la valoristructura şi proprietăţile aliajului) acestea fiind limitate la valori precise în funcţie de natura aliajului (ex. % sulf).O parte omogenă dintr-un sistem care are aceeaşi compoziţie p g ş p ţchimică şi aceeaşi stare în toată masa ei şi este despărţită de celelalte părţi omogene prin suprafeţe de separaţie bine conturate, poartă denumirea de fazăpoartă denumirea de fază.Totalitatea fazelor aflate în stare de echilibru în anumite condiţii de temperatură, presiune şi alţi factori externi poartă numele de sistem. Sistemele pot fi omogene sau eterogene.


•Echilibru termodinamic al aliajelor metalice este studiat prin intermediul diagramelor de faze. Studiul diagramelor de echilibru face posibilă determinarea transformărilor în timpul fazei de încălzire sau de răcire foarte lentă.foarte lentă.

•In funcţie de numărul de faze, acestea se pot clasifica în: monofazice (o singură fază) bifazice (2 faze) trifazice (3 faze) polifazice (mai multesingură fază), bifazice (2 faze), trifazice (3 faze), polifazice (mai multe faze).

Monocristalinmonofazic

Policristalinmonofazic

Policristalinbifazic


L f l bil l i di ă l d d d libLegea fazelor stabileşte relaţia dintre numărul de grade de libertate sau variaţia (schimbarea temperaturii şi presiunii, fără a varia numărul de faze în echilibru), numărul de componenţi şi numărul de faze:), p ţ ş

V = variaţia; n = numărul de componenţi;cnV +Φ−=

V variaţia; n numărul de componenţi;Φ= numărul de faze în echilibru; c = numărul de factori externi

D ă i î id t t i iDacă se iau în considerare temperatura şi presiunea vom avea

2+Φ−= nViar dacă se consideră şi presiunea constantă formula anterioară devine

1+Φ= nV 1+Φ−= nV


Aşa cum am amintit anterior, introducerea de elemente de adaos în metalul de bază determină formarea unor componente noi care se pot studia cude bază determină formarea unor componente noi, care se pot studia cu microscopul metalografic denumite constituenţi metalografici . Aceştia sunt: metalul pur, soluţia solidă, compusul chimic, amestecul mecanic.M t l l t tit t l t l fi l i i l î l d ilMetalul pur este constituentul metalografic cel mai simplu în care al doilea metal este în proporţie de 0%.Are o temperatură de solidificare constantă. La microscop apare sub formă de grăunţi. Se poate simboliza prin simbolul chimic al elementului (Fe, Ni, Cr, etc.) sau prin litere mari ale alfabetului latin (A, B, C, etc.). Grăunţii pot avea limite sinuoase sau limite poligonale.Metalul pur are plasticitate, conductibilitate termică şi electrică ridicate, dar proprietăţile de rezistenţă sunt scăzute (duritatea, rezistenţa la rupere, limita de curgere).limita de curgere).

Grăunţi cu limite sinuoase (a)şi poligonale (b, c)

DIAGRAME DE ECHILIBRU BINARESoluţia solidăEste constituentul metalografic care se obţine prin dizolvarea unui metal în altul. g ţ pMetalul care se dizolvă = dizolvat sau solvat. Metalul care constituie masa de bază = solvent. Se notează cu litere ale alfabetului grecesc: α, β, γ, δ, etc.Soluţiile solide se topesc şi se solidifică într-un interval de temperatură. ţ p ş pLa microscop apare sub formă de grăunţi, cu limite sinuoase dacă s-a obţinut prin turnare şi cu limite drepte dacă obţinerea a constat din turnare şi recristalizare.După modul în care are loc integrarea metalului dizolvat în metalul solvent existăDupă modul în care are loc integrarea metalului dizolvat în metalul solvent există mai multe categorii de soluţii solide 1.Soluţia solidă de substituţie (a): atomii metalului dizolvat înlocuiesc în unele noduri ale reţelei atomii metalului solvent Soluţia solidă de interstiţie (b): atomiinoduri ale reţelei atomii metalului solvent. Soluţia solidă de interstiţie (b): atomii unui element pătrund în spaţiile libere ale reţelei celuilalt element.

a. Soluţie solidă de substituţie pentru aliajul Cu-Ni, reprezentare în plan şi spaţiu

b.Soluţie solidă de interstiţie de carbon în Feγ, reprezentare în plan şi spaţiu

Soluţia solidă incompletă: prezintă o reţea cristalină din nodurile căreia lipsesc atomi


ai solventului. Soluţia solidă complexă: este combinaţia între soluţia solidă de substituţie şi cea de interstiţie.Compusul chimicEste constituentul metalografic care are o compoziţie chimică bine determinată şi constantă dată de formula AmBn. De asemenea reţeaua cristalină este diferită de cea a componenţilor A şi B. Are o temperatură de topire bine determinată, în general mai mare decît a elementelor componente. Compusul chimic prezintă o duritate şi o fragilitate ridicate mărind simţitor rezistenţa aliajelor în detrimentul proprietăţilor de plasticitate.Există mai multe tipuri. Compuşi electrochimici: se formează între componenţii aliajului respectând legea valenţei. Compuşi chimici interstiţiali: sunt faze de întrepătrundere ce se formează între metale şi nemetale cu raze atomice mici H, N, C BC, B.

La microscop compuşii chimici a.apar sub diferite forme: reţea (a), ace (b),

globule b.


Amestecul mecanicEste constituentul metalografic format din două sau mai multe faze solide care s-au separat din:

-soluţie lichidă, caz în care este vorba de amestec mecanic eutectic (a) ;ţ , ( ) ;-soluţie solidă, situaţie în care este denumit amestec mecanic eutectoid (b).

aliaj eutectic Cd-Sn perlită lamelară

SUBIECTEControlul cu penetranţiControlul cu penetranţi.Controlul cu pulberi magnetice.Constituenţi metalografici tipici.ţ g p

ŞtiinŢa Şi ingineria materialelor · pdf fileîmbinărilor în scopul punerii...

Documents