Поверхностям некоторых изделий придают повышенную твердость с помо­щью поверхностной закалки. Эта цель достигается двумя способами: химико­термической обработкой (азотированием, цементацией, борированием) или электро­термообработкой. Изделия типа рельсов, валков холодной прокатки подвергают поверхностной закалке последним спосо­бом.

Измерение толщины поверхност­ной электрозакалки. Структура металла, подвергнутого поверхностной элекгроза - калке, содержит твердый закаленный слой I, переходную зону II, глубже которой
расположен сырой (незакаленный) металл III (рис.7.63, б). Закаленный слой имеет мелкозернистую структуру и наименьшую величину скорости звука (показаны ори­ентировочные значения скорости с и твер­дости по Бринеллю НВ). Сырой металл имеет крупнозернистую структуру и более высокую скорость звука. Промежуточная зона характеризуется промежуточными постепенно меняющимися значениями твердости, величины зерна и скорости УЗ. Основная задача неразрушающего кон­троля - определение толщины закаленного слоя.

Исследованы два пути решения зада­чи: использование эффекта изменения скорости в зависимости от твердости и наблюдение за уровнем структурных по­мех, которые увеличиваются по мере уве­личения средней величины зерна. Первый способ реализуют с помощью рефракции УЗ-лучей. Он разработан в ЦНИИТмаш

и эффективен при закалке токами про­мышленной частоты. Для этого способа закалки характерна большая ее глубина и широкая промежуточная зона.

Продольные или поперечные волны направляют под большим углом к поверх­ности ОК (рис. 7.63, в). Увеличение скоро­сти УЗ с понижением твердости НВ и глу­бины под поверхностью вызывает реф­ракцию (искривление) лучей и возвраще­ние их на поверхность ввода. Интерфе­ренция искривленных лучей приводит к возникновению максимумов, отмечаемых приемным преобразователем (рис. 7.63, а). Положение максимумов позволяет рас­считать глубину закаленного слоя и гра­диент изменения скорости с глубиной, характеризующих переходную зону.

Второй способ основан на наличии максимума огибающей структурных по­мех, глубина залегания которого корреля­ционно связана с полной глубиной зака­ленного слоя вплоть до границы сырого металла. Способ дает лучшие результаты для контроля закалки токами высокой час­тоты, отличающейся малой глубиной за­калки и узким переходным слоем. Способ требует гораздо меньших расстояний ме­жду преобразователями на поверхности ОК. Способ применен В. А. Святовым и др. (НКМЗ, г. Краматорск) для контроля PC-преобразователем на частоте 4 МГц [297].

Г. В. Зарочинцев (ВНИИЖД) приме­нил другой вариант этого способа для контроля закалки рельсов. Расстояние I между излучающим и приемным наклон­ными преобразователями поперечных волн изменяется (рис. 7.64, а), и фиксиру­ются импульсы, рассеянные на неодно­родностях структуры. Угол ввода преоб­разователей 65 ... 70°, оптимальная часто­та 6 ... 12 МГц. Определяется расстояние 1т, соответствующее максимуму сигнала структурных помех, по которому рассчи­тывается глубина закалки.

На рис. 7.64, б приведено сопостав­ление результатов измерения (в мм на оси ординат) глубины расположения переход­ной зоны ультразвуком и определенной по микрошлифам, в зависимости от режима закалки (условно указан на оси абсцисс)

Контроль химико-термической об­работки. В [422, с. 880] предложен кон­троль глубины азотирования и цементации хромо-молибдено-ванадиевой и никель- хромистой сталей с помощью рэлеевских волн. Излучающий Е и приемный R пре­образователи расположены под углами а„ обеспечивающими возбуждение и регист­рацию поверхностной волны. Использу­ются локальные иммерсионные преобра­зователи (рис. 7.65). Измеряют скорость звука на двух базах L иЬ + AL, это позво-

ляет исключить неопределенное время пробега УЗ в жидкостных призмах и части образца S, нагруженной жидкостью. Азо­тирование и цементация уменьшают ско­рость поверхностной волны.

Меняя частоту УЗ, изменяют длину А, и глубину проникновения поверхностной волны. Эти данные обрабатываются для изучения структуры поверхностного слоя. Для образцов с механически упрочнен­ной поверхностью скорость практически не изменяется с частотой.

И. В. Троицкий разработал УЗ-метод контроля химико-термического ши лазер­ного поверхностного упрочнения деталей, основанный на возбуждении волн Стоун - ли. Скорость этих волн зависит от толщи­ны покрытия и его свойств. На рис. 7.66, а показана иммерсионная установка для такого контроля. Измеряется амплитуда отражения от ОК 3 в зависимости от углов падения и отражения волн, излучаемых и принимаемых преобразователями 2. При достижении углов 0, при которых в ОК возбуждается волна Стоунли, энергия уносится этой волной и коэффициент от­ражения R резко уменьшается (рис. 7.66, б, в). Составлены графики и таблицы зави­симости значения критического угла от толщины никелевого или борированного слоя.

Контроль наклепа. Некоторые дета­ли для повышения прочности при цикли­ческих контактных нагрузках подвергают наклепу - пластической деформации по­верхностных слоев. Во ВНИИНКе пред­ложен и апробирован метод контроля на­
клепа по скорости волн Рэлея [29]. Как отмечалось, при упругой деформации рас­тяжения происходит уменьшение скоро­сти. При сжатии скорость, наоборот, уве­личивается. При достижении области пла­стической деформации и последующем снятии нагрузки отмеченные изменения скорости сохраняются.

Основной тип деформации при на­клепе - сжатие. Ожидалось, что оценку

напряжения деформации при наклепе можно выполнять по увеличению скоро­сти рэлеевских волн (по сравнению с не - деформированным состоянием). Этому мешает деформация растяжения, которая также возникает при наклепе. Экспери­менты показали, что в целом скорость при наклепе уменьшается. По этому результи­рующему уменьшению скорости рэлеев­ских волн можно качественно судить о состоянии наклепанной поверхности.