Современное состояние лабораторно-исследовательской базы АО «Корпорация «МИТ» и необходимость актуализации применяемой нормативной документации

УДК 628.5

Современное состояние лабораторно-исследовательской базы АО «Корпорация «МИТ» и необходимость актуализации применяемой нормативной документации

Current state of the laboratory and research base of JSC «Corporation «MIT» and the need to update the applicable regulatory documents

Начиная с 2014 года, в рамках программы технического перевооружения практически полностью переоснащен отдел анализа и исследования материалов АО «Корпорация «МИТ». На предприятие поставлено уникальное исследовательское оборудование – растровый электронный микроскоп, оптические микроскопы с возможностью электронной обработки изображений специальным программным обеспечением (SIAMS), рентгеновский томограф, атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой, новые испытательные машины и т.д.

Внедрение современного цифрового оборудования позволило значительно упростить труд работников, повысить объективность результатов, и по совокупности проводимых работ достаточно расширить возможности в проведении исследований материалов и материальной части. В некоторых областях (таких как неразрушающий контроль) сложилась ситуация, когда возможности современного оборудования опережают соответствующую нормативно-техническую документацию (НТД).

Основные задачи отдела анализа и исследования материалов:

• исследования и контроль материальной части при отработке опытных конструкций и технологий их изготовления;
• определение характера и возможных причин разрушения материальной части при нерасчетной работе изделий, разрушении при изготовлении;
• определительные испытания при входном контроле материалов, используемых при изготовлении материальной части, и перепроверка их по истечении гарантийных сроков.

Типовое исследование, например после испытаний до разрушения (рис. 1), включает в себя описание внешнего вида, определение места начала разрушения и его характера по виду излома, описание структуры материала, определение механических характеристик в недеформированной части, подтверждение химического состава, неразрушающий контроль (возможен до и после испытаний).

Рис.1. Типовой вид испытаний

На рис.2 представлены изображения участков излома материальной части при увеличении 2000X, полученные с растрового электронного микроскопа, которые позволяют сделать заключение о механизме разрушения материальной части. Приставка для микроанализа дает дополнительную возможность анализировать химический состав по исследуемой поверхности и выявлять в изломах, например, неметаллические включения (рис. 3).

На рис. 4 представлен результат томографии электромагнитного клапана. Метод позволяет просвечивать образцы металлических и неметаллических материалов, применяемых в изделиях, а также отдельные детали и узлы опытных конструкций. Обеспечивает однозначное определение местоположения дефектов и пространственное расположение внутренних элементов деталей и сборочных единиц (что позволяет определить качество сборки неразъемных узлов). Также в отделе применяется рентгенотелевизионная установка с плоскопанельным детектором, реализующая классический вариант радиационного контроля.

Рис. 4. Результат томографии клапана

В последнее время на предприятии проводится достаточно большой объем исследований материалов, получаемых по аддитивным технологиям. Возможно проведение анализа исходных порошков в части фрактометрического состава на лазерном анализаторе размеров частиц, химического состава на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой, газонасыщенности на анализаторе кислорода азота и водорода, физических характеристик порошков и внешнего вида гранул (рис. 5). Напечатанные образцы и заготовки проверяются на предмет наличия дефектов методом радиационной томографии, определяется величина внутренней пористости.

Рис.5. Исходный порошок для 3D-принтера

На рис. 6 представлен пример результатов томографии пяти образцов, полученных методом 3D-печати. В выбранном положении секущей плоскости хорошо видно наличие зоны несплавления в одном из образцов. Метод томографии позволяет также определять величину внутренней пористости во всем материале в отличие от метода металлографии, где оцениваются плоскости шлифа. В целом метод томографии показал себя наиболее информативным для контроля подобных материалов.

Механические характеристики исследуются на стандартных образцах. Проводится анализ структуры полученных изломов, механизмов разрушения материала. На рис. 7 представлен вид излома с внутренними полостями и нерасплавленными гранулами. Стоит отметить, что такие заполненные гранулами пустоты, даже при их ощутимых размерах, можно не зафиксировать радиационными методами.

Рис. 7. Вид излома разрывного образца после механических испытаний

Если для исходного порошка есть методы исследований из области порошковой металлургии, а также нормативные данные в сертификатах на материал, на соответствие которым можно проводить, например, входной контроль, то относительно полученного материала в настоящее время нет сложившейся терминологии, классификации дефектов, описания структур. А материалы, полученные методом аддитивных технологий, по опыту проведения исследований обладают рядом особенностей, такими как существенное отличие структуры от классических материалов, возможно наличие пор (полостей), заполненных нерасплавленным порошком, включения инородных частиц, возможно наличие зон несплавления, обусловленных нарушениями технологических режимов построения, несовершенством цифровой модели, воспроизводимое впоследствии принтером. При проведении исследований приходится пользоваться терминологией, применяемой для классических материалов (литья, поковок, штамповок…) или вводить собственные термины (чешуйчатость), что допустимо при проведении исследовательских работ, но при переходе к серийному применению материалов потребует точных определений терминов и норм.

То же самое касается используемых методов контроля. Все методики разработаны для классических материалов, но вполне применимы и для полученных методом селективного сплавления при условии соответствующего нормирования определяемых характеристик.

В настоящее время для применения в экспериментальных целях заготовок, полученных методом селективного сплавления, выпускаются соответствующие технические условия на материалы, например ТУ 24.10.14-894-56897835-2020 «Материал, синтезированный по технологии селективного лазерного сплавления из стали марки 12Х18Н10Т», в котором есть требования по контролю качества синтезированного материала, в частности контроль пористости по микрофотографиям сравнения [1] (т.е. вольфрамовые сплавы, порошковый, спеченный материал). Это вызвано отсутствием необходимой документации на подобные материалы.

Следующий вопрос – проведение операций неразрушающего контроля теплозащитных покрытий изделий. Преимущественно это контроль методами ультразвуковой дефектоскопии высоко и низкочастотными дефектоскопами. За последние 20 лет сменилось несколько поколений приборов контроля, и если физические основы методов остались те же, то в плане их реализации и обработки полученной информации современное оборудование обладает гораздо большими возможностями. Порядок проведения до сих пор регламентируют ОСТ 3-1762 «Покрытия теплозащитные. Методы производственного контроля», внедренный в 1974 г. (последняя корректировка в 2005 г.) и ОСТ 3-5145 «Изделия из полимерных конструкционных материалов. Методы дефектоскопии», внедренный в 1992 г. Указанные стандарты в настоящее время не отражают всех возможностей современных средств неразрушающего контроля, что не позволяет использовать последние в полной мере. В первую очередь имеются в виду возможности цифровой обработки и хранения информации.

В области радиационного контроля работа по переизданию нормативных документов находится в лучшем состоянии – постепенно выходят НТД, отражающие возможность применения современных способов регистрации изображений. Так, например, с января 2022 г. вводится стандарт Корпорации СТО ГК Роскосмос 1030–2021 «Контроль неразрушающий. Радиография компьютерная. Порядок применения». Но в области промышленной томографии НТД пока отсутствуют.

Выводы

1. На сегодняшний день в совокупности применяемых методов АО «Корпорация «МИТ» обладает широкими возможностями в проведении исследований материалов и материальной части как для решения собственных задач, так и в интересах предприятий кооперации.
2. Необходимо продолжить выпуск НТД, отражающей современное состояние применяемых средств контроля.
3. Необходимо обеспечить своевременный выпуск отраслевой нормативной документации на внедряемые перспективные материалы (в том числе по аддитивным технологиям), которые устанавливают единые критерии и правила оценки их качества.

Библиографический список

1. ГОСТ 9391–80 Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры. – М.: Издательство стандартов, 1985. – 30 с.

Кирьянов Илья Евгеньевич – начальник отдела АО «Корпорация «МИТ». Тел.: 8(499) 907-37-74. E-mail: info@corp-mit.ru / Kirianov Ilia Evgenevich – Department Head of JSC «Corporation «MITT». Tel.: 8(499) 907-37-74. E-mail: info@corp-mit.ru