9.2. ІДЕНТИФІКАЦІЯ МЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛІВ
Ідентифікація металевих матеріалів полягає у визначенні деяких специфічних для даного матеріалу властивостей: коефіцієнта термічного розширення, теплопровідності, температури плавлення. щільності, електроопору, магнітних властивостей, окислюваність на повітрі, характеру взаємодії з хімічними реагентами та ін.
9.2.1. Ідентифікація листового металу за коефіцієнтом термічного розширення
Для порівняння коефіцієнтів термічного розширення (КТР) невідомого і відомого металів необхідні дві плоскі пластинки з цих металів довжиною 75-100 мм, шириною 5-10 мм і товщина яких не перевищує 1 мм. По кінцях обидві пластинки зварюють точковим зварюванням або міцно з'єднують двома болтами. Зразки з більш тонкого металу (0,1-0,3 мм) можуть мати довжину 40-50 мм і ширину 2-4 мм. З'єднання тонких пластин можливо точкової зварюванням по всій довжині або, якщо метал не зварюється, пайкою низькотемпературних свинцево-олов'янистим припоєм.
Підготовлену одним з наведених способів біметалічну пластинку випрямляють і потім нагрівають будь-яким способом до температури 10О-150 СС. При нагріванні біметалічний пакет зігнеться таким чином, що платівка з великим КТР виявиться із зовнішнього боку вигину. з а меншим - з внутрішньої сторони. Знаючи, з якого металу виготовлено контрольна платівка, можна оцінити КТР другої платівки з невідомого металу. Якщо при нагріванні не відбувається викривлення біметалічною пластинки, то КТР обох металів однакові. Бажано, щоб контрольна платівка була виготовлена з металу, КТР якого був би близький до КТР випробувального матеріалу.
Описаним методом можна ідентифікувати і листові полімерні матеріали, з'єднані механічним шляхом і нагріваються до 75 ° С.
9.2.2. Визначення марки сталі за видом іскри
Для визначення марки сталі за кількістю міститься в ній вуглецю і легуючих елементів зразок стали піддають «пробі на іскру». Для цього зразок притискають до швидко-вращаещемуся шліфувального круга середньої зернистості. За виходить з-під кола пучку іскор можна судити про марку сталі. Утворені іскри відрізняються один від одного довжиною, кольором і формою утворюються на суцільних іскрових лініях окремих зірочок. Деякі марки корозійно-стійких сталей. а також м'які метали і сплави (мідь, алюміній, латунь. бронза. сплави алюмінію і ін.) іскру не утворюють.
Характер іскри для деяких конструкційних сталей наведено на рис. 9.1.
Зауважимо, що виникнення іскри обумовлено згорянням вуглецю, що міститься в стали. а характер зірочок на кінцях іскри - наявністю легуючих елементів. Тому чисті метали і їх сплави іскри не утворюють. Також не утворюють іскру легуючі елементи, які слабо окислюються при нагріванні на повітрі. Це відноситься до корозійностійкої сталі марки 1Х18Н9Т і хром-нікель-титановим сталей.
Мал. 9.1. Вид іскри, яка виникає при швидкому шліфуванні стали: а - вуглецевої якісної конструкційної марки 10; б - автоматної марки А12; в - вуглецевої якісної конструкційної марок 40 і 45; г - инстру. ментальної вуглецевої марок У8 і У10; д - корозійностійкої азотірующейся марки 12ХНЗА; е - жароміцної хімічно стійкою марок 40ХНМ а 5ХНМ; ж - шарикопідшипникової марок ШХ15 н ШХ9; з - інструментальної ударопрочной марки ХВГ
9.2.3. Як відрізнити високолеговану сталь від вуглецевої
Високолеговані. зокрема марок 1Х18Н9Т і 1Х18Н10Т, можна легко відрізнити від високовуглецевих сталей. до складу яких не входять хром і титан, по смачиваемости їх розплавленим свинцево-олов'яним припоєм. наприклад марки ПОС-40 (третнік). Як флюс можна використовувати насичений водний розчин хлористого цинку. Вуглецеві сталі будь-якої марки і ступеня термічної обробки добре змочуються припоєм. Високолеговані. містять в якості легуючих добавок хром. титан, вольфрам, алюміній, берилій та інші метали, розплавленим припоєм з флюсом з хлористого цинку не змочуються.
Чудовою особливістю сплавів інвар і суперінвар є низьке значення теплового розширення, що знаходиться в інтервалі температур від -80 до +100 ° С. Ця особливість дозволяє легко відрізнити інвар і суперінвар від ковара і стали. які за зовнішнім виглядом, механічним і магнітними властивостями дуже схожі. Сутність перевірки імовірно инвара або суперінвара полягає в наступному.
Невеликий брусок або пруток перетином близько 10 мм 2 і довжиною 50-60 мм по торцях затискають між губками слюсарних або машинних лещат. Потім газовим пальником (або іншим нагрівачем) нагрівають затиснутий зразок посередині до температури 200-250 ° С. Через низьку теплопровідність сплаву тепловідвід на губки лещат буде незначним. зразок зі сталі помітно зігнеться. З ковара - менше, але цілком помітно. З инвара або суперінвара нагріте зразок залишиться прямим або зігнеться зовсім незначно.
Сплав ковар марки Н29К18 за зовнішнім виглядом і магнітними властивостями легко сплутати з більшістю вуглецевих сталей. Така помилка чревата великими неприємностями, так як ковар є спеціальним прецизійним сплавом. призначеним для вакуумно-щільних і термічно міцних спаев з багатьма марками стекол. сталь же цими властивостями не володіє. Відрізнити ковар від стали можна одним з таких способів.
Теплопровідність ковара значно менше теплопровідності будь-якої марки вуглецевої сталі. Тому, тримаючи за кінці однакових прутків з ковара і стали. легко переконатися, що у стали тепло від нагрітого кінця пошириться значно швидше, ніж у ковара.
Відсутність вигину біметалічною пластинки, утвореної з з'єднаних разом пластинок з ковара і невідомого металу, свідчить про те, що друга платівка теж з ковара.
Найбільш достовірним є спосіб локального нанесення на досліджуваний метал краплі розплавленого скла (від С49-1 до С50-7), призначеного для споювання з підступний. Крапля скла на листовому зразку або обмотка на стрижні і дроті після охолодження на Коварі залишається цілою, а на сталі - розтріскується.
Вольфрам і молібден, будучи матеріалами з волоконної структурою, за зовнішнім виглядом розрізнити досить важко, в той час як їх фізичні та хімічні властивості істотно різняться. Експресному відрізнити вольфрам від молібдену можна одним з таких способів.
У полум'ї газового пальника нагрівають кінець тонкого дроту або жерсті до світло-жовтого жару. Молібден забарвить полум'я в жовто-зелений колір. nbsp; вольфрам - в світло-рожевий.
При виведенні з полум'я пальника Молібден буде «диміти» в результаті утворення триоксиду молібдену. вольфрам - практично «не димить».
У розчині, що містить 100 мл азотної кислоти, 100 мл сірчаної кислоти і 100 мл води, Молібден інтенсивно розчиняється. а вольфрам - немає.
Молибденовую дріт можна круто зігнути під прямим кутом. Вольфрамова дріт в місці вигину розшарується на волокна.
Щільність вольфраму майже в два рази більше щільності молібдену. Зваживши відрізки дроту або жерсті і визначивши їх обсяг, можна легко і точно відрізнити вольфрам від молібдену.
9.2.7. Ідентифікація металів за електроопору
Дріт з невідомого металу діаметром не більше 1 мм можна ідентифікувати за її питомій електроопору. Для цього до відрізка дроту підключають джерело постійної напруги і вимірюють струм в ланцюзі. Знаючи діаметр дроту і, відповідно, її перетин, а також довжину дроту і її опір, можна отримати значення електроопору, віднесене до одиниці перетину (мм2) і одиниці довжини (м). Потім по таблиці питомого опору металів визначають, якому металу відповідає виміряне значення опору. Для достовірного вимірювання електроопору дріт повинна бути довгою, а її діаметр - малим. Цей спосіб особливо рекомендується для відмінності мідного дроту від манганінового. які через однакового кольору часто плутають.
Багато використовувані конструкційні матеріали за зовнішнім виглядом, щільності і механічними властивостями схожі один на одного. Найбільшою мірою це відноситься до вуглецевих і високолегованих сталей. нікелю. підступний. інвар. Ніхром, константану і ін.
Однак деякі з них відрізняються за магнітними властивостями. Так, корозійно-стійкі стали марок Х18Н9Т і Х18Н10Т, жароміцні стали і стали. леговані хромом. титаном. марганцем та іншими елементами, є немагнітними матеріалами, в чому легко переконатися, піднісши до них постійний магніт. Практично всі марки ніхрому, ферохрому, константана є немагнітними.
9.2.9. Як відрізнити алюміній від алюмінієвих сплавів
Чистий алюміній найпростіше можна відрізнити від алюмінієвого сплаву (дуралюмина, силуміну, бабіту і ін.) В такий спосіб. На знежирене місце невідомого металу наносять 1-2 краплі концентрованого розчину їдкого натру або їдкого калі. Через 10-20 с луг змивають. Світле матове пляма на місці лугу свідчить, що метал є чистим алюмінієм. На будь-яких сплавах алюмінію (з кремнієм - силумінах, з міддю - дуралюмина, з сурмою і оловом - бабітом і ін.) Пляма під лугом буде темним.
З високим ступенем достовірності метали можна ідентифікувати по щільності. Для цього зразок невідомого металу довільної форми зважують, а потім методом витіснення рідини визначають його обсяг (див. П. 1.7). За обсягом і масі визначають щільність металу (в г / см8) і за відповідними таблицями встановлюють, яким металу відповідає отримане значення щільності. Таким способом можна ідентифікувати не тільки метали, а й інші тверді речовини як в компактному, так і порошкоподібному вигляді.
При визначенні обсягу необхідно використовувати рідину, що не взаємодіє з матеріалом зразка. Так, гігроскопічні матеріали занурюють в спирт, ацетон, гліцерин або інші рідини з невеликою в'язкістю. При визначенні фактичного обсягу порошкоподібних матеріалів для повного їх змочування в рідину (воду) додають 3-5% поверхнево-активної речовини ОП-7, ОП-10 або прального порошку. Порошок ретельно перемішують з рідиною для видалення дрібних бульбашок повітря.
Точність вимірювання об'єму та маси зразка з невідомого матеріалу забезпечує точність визначення його щільності. Тому обсяг вимірюваного зразка повинен бути не менше 25-50 см3.
Ідентифікацію металевих матеріалів з температурою плавлення 350-600 "С можна зробити, вимірюючи температуру затвердіння металу. Для цього невелику кількість випробуваного матеріалу поміщають в керамічний або кварцовий тигель об'ємом в кілька кубічних сантиметрів і нагрівають до плавлення. Кілька перегрів розплав, нагрів припиняють і в нього вводять вимірювальний спай хромель-копелеві, хромель-алюмелеві або платино-платинородієвий термопари. Гілки термопари повинні бути звільнені від захисного металевого або кер іческого кожуха. У міру охолодження розплаву спай термопари повільно переміщують у вертикальному напрямку. Коли розплав почне укріпляти, що виявиться при переміщенні термопари, необхідно уважно стежити за напругою, що генерується термопарою. Як тільки пересування термопари стане неможливим, що свідчить про затвердінні розплаву, відраховують термо -ЕДС момент затвердіння, який для елементарних металів відповідає температурі плавлення. Потім за довідником визначають метал, який має таку ж (або близьку до неї) температуру плавлення. При реалізації описаного способу не враховуються явища переохолодження розплаву, наявність декількох рідких і твердих фаз в багатокомпонентних сплавах і ряд інших чинників. що визначають температуру затвердіння розплаву.
Для експресного визначення температури плавлення низькотемпературних і легкоплавких припоїв і, відповідно, приблизної оцінки їх складу користуються наступним прийомом.
В пластині або бруску міді, латуні або алюмінію завтовшки 10-15 мм свердлять глухе отвір діаметром 5-6 мм на глибину 7-8 мм. Поруч з отвором закріплюють вимірювальний спай мідно-константановой термопари з гілками діаметром 0,2- 0,4 мм. Для цієї мети можна також використовувати хромель-Копеле-ву або хромель-алюмелеві термопару. Підлягає визначенню припій розплавляють на пластині, що нагрівається на електроплитці, до освіти на його поверхні опуклого меніска. У момент утворення меніска вимірюють температуру. За температурі плавлення в відповідних таблицях визначають склад припою.
Цей же метод можна спростити, помістивши на попередньо окислену металеву поверхню невеликий шматочок (розміром кілька кубічних міліметрів) випробуваного припою. При досягненні температури плавлення шматочок припою прийме кулясту форму. Цей момент фіксують термопарою.
Природно, чим точніше буде зафіксована температура плавлення припою. тим вірогідніше буде визначено його склад. Тому температуру плавлення одного і того ж зразка визначають 5-10 разів, а отримані результати усредняют.
Зменшити теплообмін з навколишнім середовищем через відкритий отвір, заповнене розплавом, можна, закривши його шматочком тонкої слюди або скла, через яке легко спостерігати момент утворення меніска.
Визначити марку стали можна по кристалічній структурі її поверхні. Для цього структуру необхідно візуалізувати наступним чином.