В компании Zhongxing Industrial Machinery каждая отливка проходит строгие испытания PMI, чтобы соответствовать индивидуальным требованиям заказчика.

Те из нас, кто работает в литейной промышленности уже некоторое время, знают, что контроль состава металлических материалов — краеугольный камень качества и безопасности продукции. Испытания с положительной идентификацией материала (PMI) — важнейший способ поддержания контроля качества, гарантирующий соответствие литых деталей стандартам проектирования. Среди множества доступных технологий испытаний оптическая эмиссионная спектроскопия (OES) стала незаменимым методом обнаружения дефектов на литейных предприятиях благодаря своей высокой точности и эффективности. Сегодня мы рассмотрим четыре основных типа технологий PMI-контроля литых деталей, уделив особое внимание преимуществам, сферам применения и характеристикам обнаружения дефектов, характерным для технологии OES.

I. Четыре основных типа технологий испытаний PMI для литых компонентов

Ручной рентгенофлуоресцентный спектрометр (РФС)

Этот прибор подобен «разведчику» на поле, способному быстро оценить поверхностный состав сырья. Однако его возможности по выявлению глубоких дефектов в металлах ограничены. Поэтому его обычно используют для предварительной проверки сырья, давая общее представление о его качестве.

Портативная лазерно-индуцированная эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС)

Он анализирует элементы, генерируя плазму посредством лазерной абляции, что делает его пригодным для работы на открытом воздухе или в сложных условиях. Однако по сравнению с ОЭС его точность несколько ниже. Он подходит для экстренного использования в особых условиях.

Оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES)

Это оборудование отличается высокой чувствительностью и позволяет анализировать несколько элементов одновременно. Оно является основным выбором для определения следов элементов в лабораториях. Однако оно дорогостоящее и требует разрушающего отбора проб, поэтому его обычно используют для точных лабораторных исследований.

Оптический эмиссионный спектрометр (ОЭС)

Технология OES, основанная на искровом разряде, возбуждающем атомы металла и создающем характерные спектры, обеспечивает высокоточный и неразрушающий контроль. Она стала основной технологией обнаружения в литейной промышленности, подобно «острому мечу» на наших производственных линиях.

II. Важность проверки сырья

Мы все понимаем, что сырье – это «фундамент» для литья. Если состав сырья неудовлетворителен, как бы мы ни старались, качество отливок никогда не будет на должном уровне. Поэтому крайне важно проводить отбор проб и повторный контроль перед поступлением сырья в производство. Это похоже на строительство дома: если фундамент ненадежен, дом обрушится. Только обеспечив соответствие состава сырья требованиям, мы можем бесперебойно приступить к последующему литью и гарантировать качество продукции.

III. Основные преимущества технологии OES

Высокая точность и эффективность

Технология OES возбуждает атомы металла искровым разрядом и, в сочетании со спектрографом с дифракционной решеткой высокого разрешения, позволяет определять содержание элементов на уровне ppm. Возьмем, к примеру, ИСП-ОЭС Thermo Fisher Scientific; он позволяет проводить одновременный анализ более 70 металлических элементов, причем каждое обнаружение занимает всего несколько секунд. Такая эффективность значительно ускоряет наш производственный процесс, позволяя нам быстрее поставлять продукцию и удовлетворять потребности клиентов.

Возможность неразрушающего контроля

Искровой разряд разрушает металлическую поверхность толщиной всего в микрон, обычно около 5–50 мкм, не повреждая общую структуру литой детали. Для дорогостоящих компонентов, таких как блоки автомобильных двигателей и прецизионные отливки для аэрокосмической промышленности, использование метода OES для испытаний исключает риск структурных повреждений, вызванных отбором проб, что позволяет избежать связанных с этим потерь. Это ощутимое преимущество.

Широкий линейный диапазон и низкий предел обнаружения

Калибровочная кривая ОЭС имеет линейный диапазон 4–6 порядков. Она позволяет обнаруживать как высококонцентрированные основные элементы, такие как Fe и Al с содержанием более 90%, так и примесные элементы на уровне ppm, такие как P и S с содержанием менее 0,01%. При контроле состава высококачественных сплавов, таких как суперсплавы и титановые сплавы, ОЭС является незаменимым инструментом.

Простота эксплуатации и контроль затрат

По сравнению с ИСП-ОЭС, оборудование ОЭС требует меньших затрат на обслуживание и более простой предварительной подготовки образцов, требуя только очистки поверхности. Например, искровые спектрометры прямого считывания с автоматической системой подачи могут работать непрерывно 24 часа, а стоимость одного детектирования составляет примерно треть от стоимости ИСП-ОЭС. Это позволяет нашим предприятиям существенно экономить средства.

IV. Типы продукции, применимые для технологии OES

Отливки из высококачественных сплавов

Для суперсплавов на основе никеля, таких как Inconel 718, используемых в лопатках авиационных двигателей, и сплавов на основе кобальта, таких как Stellite 6, используемых в дисках турбин газовых турбин, к которым предъявляются строгие требования по изменению содержания микроэлементов, таких как Cr, Mo и Nb, испытание методом ОЭС является идеальным выбором.

Прецизионное литье в формы

В сталях для автомобильных пресс-форм, таких как H13 и P20, требуется определение однородности таких элементов, как C, Si и Mn, для предотвращения растрескивания пресс-форм. Оптическая электронная спектроскопия (OES) позволяет точно определять эти элементы, помогая нам избегать проблем с пресс-формами и сокращать потери.

Отливки сосудов под давлением

Нержавеющие стали, такие как 316L, используемые в магистральных трубопроводах атомных электростанций, должны соответствовать стандартам ASME. OES может быстро проверить содержание Cr, Ni и Mo на соответствие требованиям, обеспечивая безопасность сосудов под давлением.

Отливки медицинских изделий

Титановые сплавы, такие как Ti-6Al-4V, используемые в ортопедических имплантатах, требуют определения таких элементов, как Al, V, а также интерстициальных элементов, таких как O и N, для обеспечения биосовместимости. Это имеет большое значение для здоровья пациентов, и OES-тестирование позволяет нам строго контролировать качество.

V. Содержание обнаружения с помощью технологии OES

Проверка содержания основных элементов

Проверьте, соответствует ли содержание основных элементов, таких как Fe, Al и Cu, стандартам марки. Например, согласно ASTM A351, содержание Cr в нержавеющей стали CF8M должно составлять от 18,0 до 21,0%. Только при соблюдении стандартов содержания основных элементов можно гарантировать эксплуатационные характеристики литых деталей.

Контроль микроэлементов

Определите наличие вредных элементов, таких как P и S. Например, содержание P, превышающее 0,04%, может снизить прочность литых деталей. Также необходимо контролировать количество добавляемых добавок, измельчающих зерно, таких как B и Zr. Хотя эти микроэлементы присутствуют в небольших количествах, они оказывают существенное влияние на качество литых деталей.

Скрининг примесных элементов

Обнаружение легкоплавких примесей, таких как Pb и Sn. Содержание более 0,01% может привести к образованию горячих трещин. Также необходимо контролировать степень сегрегации таких элементов, как Si и Mn. Примесные элементы – своего рода «вредители» в литых деталях, и их необходимо своевременно удалять.

Идентификация сорта и обнаружение фальсификации

Сравнивая многоэлементные отпечатки пальцев, мы можем быстро различать нержавеющие стали марок 304 и 316 и обнаруживать примеси, такие как Cu и Zn, в возвратном стальном ломе. Это помогает предотвратить использование некачественных материалов и гарантирует качество нашего сырья.

VI. Пример применения OES в литье авиационных деталей

Одно из предприятий по производству авиационных двигателей использовало технологию OES для контроля состава лопаток из сплава Inconel 718. В число контролируемых элементов входили такие основные элементы, как Ni, Cr, Fe, Mo, Nb, Ti и Al, а также элементы внедрения, такие как C, O и N. Стандарты контроля должны были соответствовать спецификации AMS 5662, которая требовала содержания Cr в пределах от 17,0 до 21,0% и Nb в пределах от 4,75 до 5,50%. В результате быстрого скрининга с помощью OES было обнаружено низкое содержание Nb в определённой партии лопаток – всего 4,62%. Некачественная продукция была оперативно изъята, что позволило избежать утилизации двигателя стоимостью в миллионы долларов. Это привело бы к огромным потерям.

VII. Заключение

Благодаря высокой точности, возможности неразрушающего контроля и экономическим преимуществам технология OES стала основным инструментом для проведения PMI-тестов в литейной промышленности. В сфере производства высокотехнологичного оборудования она гарантирует качество продукции и, благодаря оптимизации процессов на основе данных, помогает предприятиям проводить интеллектуальную модернизацию производства. В Sinostar Industrial Machinery мы применяем строгий контроль качества. Каждый этап оснащен профессиональным и передовым оборудованием, и от проверки сырья до обнаружения литых компонентов мы используем технологию OES для строгого контроля качества, гарантируя высочайшее качество нашей продукции. В будущем, благодаря постоянному развитию технологий спектроскопического анализа, OES, несомненно, будет играть еще большую роль в таких новых областях, как геномика материалов и аддитивное производство. Подождем и увидим!