Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

РАЗРАБОТКА СТАНДАРТНОГО ОБРАЗЦА ПРЕДПРИЯТИЯ ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОВЫШЕННОЙ ЧИСТОТЫ ТИПА В95, В95ПЧ

Шишелова Т.И, Новокрещенных А.М., Антонова А.А.

Авиация в настоящее время просто не мыслимая без использования алюминия. Именно в авиации наиболее полно нашли применение все важные характеристики алюминия

Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современным промышленным требованиям, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его сплавы.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства: повышается прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает её. Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. Добавка его в количестве 0,5-4 % уменьшает склонность к трещинообразованию. При производстве проводов для увеличения прочности и улучшения характеристики ползучести в малых количествах (»0,04%) вводится железо. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль. Добавка магния значительно повышает прочность без снижения пластичности, повышает свариваемость и увеличивает коррозионную стойкость сплава. Медь упрочняет сплавы, максимальное упрочнение достигается при содержании меди 4 - 6%. Сплавы с медью используются в производстве поршней двигателей внутреннего сгорания, высококачественных литых деталей летательных аппаратов. Поэтому контроль сплавов, используемых в авиационной промышленности, крайне необходим.

На Иркутском авиазаводе алюминиевые сплавы используются в большом количестве. Для контроля производства разнообразных металлов и в том числе алюминиевых сплавов широко используют методы спектроскопии. Интенси фикация металлургических процессов, широкое использование конвертеров и других высокопроизводительных агрегатов производства металлов и сплавов требуют совершенствования применяемых методов контроля их состава и разработки новых. Перспективными в этом направлении являются методы спектрального анализа с фотоэлектрической регистрацией спектра. Ва куумные спектрометры (квантометры) позволяют с большой точностью и скоростью производить анализ метал лов и сплавов на многие элементы, включая S, С и Р. Соединение этих приборов с ЭВМ позволяет не только автоматизировать собственно аналитическую процедуру, но и создает предпосылки для авто матизации технологических процессов выплавки металла. Фотоэлектрические методы спектрального анализа различных материалов более широко входят в практику лабораторий металлургических и металлобрабатывающих предприятий и научно-исследовательских учреж дений: на некоторых заводах объем аналитической работы, выполняемой с помощью фотоэлектрических методов, достигает 95% и более. В связи с большим объемом входного контроля и ограниченным выпуском государственных стандартных образцов возникла необходимость создания стандартного образца предприятия (СОП).

Исследование по разработке стандартного образца предприятия производилось с помощью многоканального анализатора эмиссионных спектров (МАЭС), который состоит из фотоприемного блока, выполненного на основе микросборки, термостабилизированных фотодиодных линеек, имеющего фланец стандартной фотокассеты, интерфейса для компьютера IBMPC, блока питания.

Измерение концентрации контролируемых элементов производится с двух сторон. В качестве индикатора однородности выбирается один или несколько элементов, характеризующихся изменчивостью концентрации в объеме материала стандартного образца. В нашем случае был использован кремний.

  • Все разрабатываемые и применяемые на предприятиях отрасли СОП (стандартный образец предприятия) подлежат аттестации в соответствии с методическими указаниями.
  • Разработка СОП должна предусматривать:

- составление технического задания;

- приготовление материала стандартных образцов (СО);

- исследование однородности материала СО;

- установление аттестуемых содержаний элементов;

- оформление отчета и свидетельства;

- утверждение и регистрация.

  • Комплект СОП включает в себя набор типов СО. Каждый тип СО имеет свой регистрационный номер и состоит из совокупности образцов (экземпляров), имеющих один и тот же химический состав.
  • Химический состав должен назначаться, исходя из условий возможности определения содержания всех контролируемых элементов во всем диапазоне концентраций для данной марки сплава.
  • Срок действия СОП не должен превышать десяти лет.

Для разработки использовались стандартные образцы алюминиевого сплава типа В95 следующего химического состава (приведено в таблице 1):

Таблица 1. Химический состав сплава используемых образцов

№ n/n, обозначение образца

Fe

Si

А01

0,2

0,16

А04

0,25

0,12

А06

0,1

0,05

В исследованном образце содержание элементов должно соответствовать ГОСТ 4784-87. Исходным материалом был выбран брусок, поступающий на завод и используемый в производстве, который должен иметь однородный химический состав, стабильность аттестационных компонентов в течение срока действия СОП.

Исследование химической однородности: Для определения однородности исследуемого образца должна быть использована методика, обеспечивающая получения воспроизводимости и сходимости не ниже значений, указанных в ГОСТе 7727-81 «Алюминиевые сплавы. Методы спектрального анализа». Под сходимостью анализа понимается качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в одинаковых условиях (в короткое время). Сходимость анализа характеризуется величиной средней квадратичной погрешности единичного измерения и обозначается S – для методики и S –для ГОСТа. Под воспроизводимостью анализа понимается качество измерений, отражающие близость друг к другу результатов измерений, выполненный в различных условиях. Воспроизводимость анализа характеризуется величиной относительного стандартного отклонения единичного определения и обозначается S – для методики анализа.

Под измерением понимается результат анализа образца, вычисленного по одному спектру, под определением – результат анализа, вычисленного как среднеарифметическое по нескольким параллельным измерениям. Исследование однородности эталона производилось спектральным фотоэлектрическим методом на спектроанализаторе МАЭС. обеспечивающего получение сходимости и воспроизводимости анализа соответствующего ГОСТу 7727-81.В качестве индикатора однородности выбран Si (кремний).

Определение сходимости методики анализа: Значение сходимости вычисляли по серии параллельных измерений концентраций элемента в образце.

Сначала находим стандартное отклонение S по формуле:

, где

n – число измерений одного образа (на одном образце получаем 20 измерений)

– средняя концентрация элементов, вычисленная по n измерениям.

– концентрация элемента.

Относительное стандартное измерение, характеризующее сходимость измерений определяется по формуле:

Для примера приведем таблицу с пятью измерениями, а фактически расчет ведем по 20-ти измерениям.

Таблица 2. Данные определения сходимости методики анализа

1

0,0719

0,001163

2

0,0719

0,001163

3

0,0711

0,001218

4

0,0647

0,001706

5

0,0711

0,001218

Подставляем данные таблицы №1 в формулы:

Стандартное отклонение:

Относительное стандартное отклонение:

Проверку годности результатов параллельных измерений производим по трехсигмовому критерию:

,

где – концентрация элемента в образце, вычисленная по i-му элементу измерения, которое подвергается проверке. Мы ее опускаем, потому что берем разность по абсолютной величине:

Расчеты сходимости дают положительный результат.

Определение воспроизводимости методики: – относительное стандартное отклонение. Для определения выбираем 2 образца и в течение 2 суток проводим анализ сериями (одна серия в сутки) и вычисляем по формуле:

,

где с – средняя концентрация Fe, вычисленная из двух определений в двух образцах.

Для каждого образца вычисляем стандартное отклонение по формуле:

,

где g – число образцов (5)

и т.д. – стандартное отклонение, подчиненное соответственно по первому, второму и т.д. образцу.

Для каждого образца вычисляем стандартное отклонение по формуле:

,

где – средняя концентрация элемента в образце, вычисленная по пяти измерениям.

– концентрация элемента в образце, вычисленная по трем измерениям.

n – число измерений.

Таблица 3. Данные определения воспроизводимости методики

 

пр. 1

пр.2

пр.3

пр.4

пр.5

Образец 1

0,0719

0,0711

0,0647

0,0711

0,0719

0,07014

Образец 2

0,0724

0,0703

0,0751

0,0751

0,0842

0,07542

Тогда имеем:

Отклонение для каждого образца: ,

Стандартное отклонение:

Относительное стандартное отклонение:

Сравнивая результаты со сходимостью данного элемента по ГОСТ 7727-81, который при содержании Fe выше 5,0% равен 0,15, показывают, что воспроизводимость используемого метода анализа соответствует указанному ГОСТу.

Для исследования однородности материала отбирали 25 образцов от партии и для каждого из них выполняли одно измерение в короткий срок. Стандартное отклонение, характеризующее рассеяние результатов относительно их общего среднего находим по формуле:

,

где – число измерений в серии.

– средняя концентрация, вычисленная по измерениям;

– концентрация элемента, вычисленная по – измерению.

Таблица 4. Данные исследования однородности материала

1

0,0719

0,001096

2

0,0719

0,001096

3

0,0711

0,001096

4

0,0647

0,001149

5

0,0711

0,001624

6

0,0715

0,001149

Результаты подставим в формулы:

Сравнивая полученную дисперсию с ГОСТом по критерию Фишера, получаем:

По ГОСТу значение , в нашем случае составило 0,877 отсюда . Это означает, что исследованный образец однороден.

Указанные выше исследования показали, что выбранный нами образец по сходимости, воспроизводимости, однородности отвечает требованиям, предъявляемым к СОП, а, следовательно, может быть использован в качестве стандартного образца предприятия при анализе алюминиевых сплавов В95, В95ПЧ.


Библиографическая ссылка

Шишелова Т.И, Новокрещенных А.М., Антонова А.А. РАЗРАБОТКА СТАНДАРТНОГО ОБРАЗЦА ПРЕДПРИЯТИЯ ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОВЫШЕННОЙ ЧИСТОТЫ ТИПА В95, В95ПЧ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12-1. – С. 188-192;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4085 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074