Способ неразрушающего контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов

 

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЩЕГО КОНТ-. РОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что изделие перемагничивают , одновременно прикладьшают низкочастотную упругую нагрузку и регистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой нагрузки , отлич ающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности контроля, перемагничивание осуществляют квазистатически по предельной петле гистерезиса , приращение магнитной индукции регистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивной силе материала контролируемого изделия , определяют скорость изменения, приращения магнитной индукции и по ее величине определяют механические свойства изделия.;

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ABTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3586564/25-28 (22) 27.04.83 (46) 07.12.84. Бюл. № 45 (72) А.С.Зельский и С.Г;Яковлев (71) Ордена Трудового Красного Знамены институт физики металлов Уральского научного центра АН Украинской ССР (53) 620.179.14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 370517, кл. С 01 N 27/86, 1973.

2. "Дефектоскопия", 1981, №- 2, с. 41-46.

3. Авторское свидетельство СССР № 1033945, кл. G 01 N 27/90, 1982. (54)(57) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заклю..Я0„„3 3283 чающийся в том, что изделие перемагничивают, одновременно прикладывают низкочастотную упругую нагрузку и регистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности и производительности контроля, перемагничивание осуществляют квазистатически по предельной петле гистерезиса, приращение магнитной индукции регистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивной силе материала контролируемого изделия, определяют скорость изменения. а приращения магнитной индукции и по g ее величине определяют механические свойства изделия.

1128157

ЬВ",""<ДВ„а аВ

Изобретение относится к неразруша пцим методам контроля механических свойств (качества термообработки) иэделий из ферромагнитных материалов и может быть иапользовано во всех от- раслях машиностроительной промышленности»

Известен способ неразрушающего контроля механических свойств ферромагнитных изделий, заключающийся в 1р том, что исследуемый и эталонный образец помещают в.заданное переменное магнитное поле, измеряют ЭДС с помо- щью измерительных катушек, исследуемый образец подвергают механическому 15 воздействию, повторно измеряют ЭДС, а затем определяют разность этих ЭДС, по которой определяют механические свойства (1 .

Недостатками данного способа явля. 2б ются невысокая точность измерений, связанная с разбросом результатов из-за чувствительности измеряемой

ЭДС при однократном нагружении к незначительным изменениям условий конт-25 роля (колебания величины напряженности магнитного поля, скорость приложения механического воздействия,предыстория образца), а также низкая производительность, связанная с мно" 3б гооперационностью контроля.

Известен электромагнитно-акустический (ЭИА) способ контроля твердости ферромагнитных сталей после термообработки, заключающийся в том, что контролируемый образец намагничивают постоянным полем, подвергают, механическому нагружению с помощью ультразвуковых колебаний и измеряют зависимость амплитуды резонансного 4p

ЭИА сигнала от напряженности магнит- ного поля. По максимальной величине

-амплитуды. этого сигнала судят о твердости или о температуре отпуска это-,, го образца 523 . 45

Применение этого способа затруднительно вследствие того, что резонансная частота зависит от размеров и акустических свойств образца. Кроме того, помехозащищенность способа 5Р невелика, так как величина упругих напряжений, возникающих при ЭИА-пре.,образовании, а следовательно, и мак-. симальная величина амплитуды резонансного ЭИА-сигнала, мала, что сущест- 55 венно влияет на точность контроля.

Наиболее .близким по технической сущности к. изобретению является crioсоб нераэрушающего контроля механических свойств ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что изделие перемагничивают от состояния технического насьпцения до состояния оста-. точной намагниченности и одновременно прикладывают низкочастотную механическую нагрузку, регистрируют приращение магнитной индукции под воздействием механической нагрузки в режимах насыщения и остаточной намагниченности, а результаты контроля определяют иэ соотношений

Пня К min Вь — аВ > паек, ВВ + — — — — — — — ьВ (пВ з 3 пВ „-ьВ, где ЬВз и фВ„ — соответственно изменение магнитной индукции под воздействием механической на.грузки в режимах насьпцения и остаточной

° - намагниченности, .

М Р tAih предельные значения указанных параметров 3 ). йые значения указан-. ных параметров (3,).

Недостатком известного способа является невысокая, чувствительность контроля механических свойств для иэцелий из средне- и высокоуглеродиетых сталей, прошедших средне- и высокотемпературный отпуск. Невысокая чувствительность известного способа связана с тем, что величина изменения магнитной индукции ЬВ таких сталей мало меняется с изменением механических свойств и, следовательно, использование этой величины в качестве информационного параметра не обеспечивает достаточной чувствительности способа. Кроме того, известный способ обладает низкой производительностью вследствие необходимости измерения и обработки двух величин, а также предварительного определения четырех предельных значений измеряемых парамет- . ров.

Целью изобретения является повышение чувствительности и производительности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу нераэрушающего контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, заключающемуся в том, что иэделие перемаг157

3 1128 ничивают, одновременно прикладывают низкочастотную упругую нагрузку и регистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой нагрузки, перемагничивание осуществляется кваэистатически по предельной петле гистереэиса, приращение магнит; ной индукции регистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивной. силе материала контролиру- 1ð емого изделия, определяют скорость изменения приращения магнитной индукции и по ее величине определяют механические свойства иэделия.

На. фиг. 1 представлены кривые зави- 1 симости приращения магнитной индукции под действием упругого сжатия HB@ от напряженности магнитного поля при перемагничивании по предельной петле гистерезиса для образцов из стали 2р

40Х, прошедших отпуск при температу- рах: О -400 С, Л -450 С, б -500 С, .0 -550 С; 4 -600"С; 5 — 650 С; х— нетермообработанный образец, на фиг.2 — зависимость скорости изменения приращения индукции а /ц=нс а, sа

ЗН от температуры отпуска (б — образцы, прошедшие термообработку, х — нетермообработанный образец) .

Сущность способа заключается в следующем.

Скорость изменения приращения магнитной индукции а(Ъ) / опреан /деляется как производная приращения магнитной индукции по напряженности магнитного поля.

Выбор этого параметра в качества информативного обусловлен тем, что кривые зависимостей приращения магнитной индукции (В ) от напряженности магнитного поля качественно меняют свой вид в состоянии, напряжен ность магнитного поля в котором равна коэрцитивной силе (Нс), при увели-45 чении температуры отпуска (уменьшение твердости), а именно происходит сближение и уменьшение величины двух экстремумов с полным их "исчезновением".

4»

5р в указанном состоянии при температуре отпуска около 550 С.

При перемагничивании по предель° ной петле гистерезиса в рассматриваемом состоянии происходят смещения М

180 и 90 доменных границ. Наложение одноосных упругих напряжений вызывает смещение только 90 доменных rpaниц в силу четности магнитоупругого эффекта, причем смещаются только те

90 границы, которые вызывают увеличение доменов, намагниченных в направлении, совпадающем или близком к направлению внешнего магнитного поля.

Так как в отрицательных магнитных полях, напряженность которых по абсолютной величине меньше коэрцитивной силы, магнитная индукция ферромагнетика положительна, приложение упругих напряжений вызывает уменьшение магнитной индукции. В отрицательных магнитных полях, напряженность которых по абсолютной величине больше коэрцитивной силы, магнитная индукция ферромагнетика отрицательна и приложение упругого сжатия вызывает увеличение магнитной индукции. Этим объясняется существование двух экстремумов в районе коэрцитивной силы,на кривых зависимости 3ВО от Н для изделий, ота пущенных при температуре ниже 550 С.

Отсутствие этих двух экстремумов для изделий с температурой отпуска выше

550 С обусловлено тем, что эа счет снижения уровня средних внутренних напряжений сужается .и "исчезает" об-. ласть полей, при которых происходят смещения 90 доменных границ.

Таким образом, величина скорости изменения приващения магнитной индук а4В / ции /Н=Н меняется в широком ан (= циапазоне от отрицательных до положительных значений в зависимости от

D температуры отпуска (твердости), и может быть использована в качестве. информативного параметра для нераз,— рушающего контроля механических свойств (качества термообработки) изделий из ферромагнитных материалов.

П р и м е .р. Контролируемое изде- . лие помещают в намагничивающий соленоид, соосно с которым расположена измерительная катушка проходного ти,па. На соленоид подается переменное напряжение синусоидальной формы с

:частотой от 1 до 10 Гц. При этом изделие квазистатически перемагничивается по предельной петле гистерезиса.

К торцовым поверхностям изделия с по мощью электромеханического преобразователя прилагается переменное механическое нагружение, амплитуда которого не превышает 5-8Х от предела упругости контролируемого изделия, а частота на порядок превышает частоту перемагничивания.

1128157

d86 lug,rA

i,n

ФЬа) Индуцируемая в измерительной катуш. ке ЭДС, пропорциональная изменению индукции при нагружениидН,подается на вольтметр, выход которого через интерфейсное устройство подключен к 5 линии ЭВМ, в которой осуществляется

В вычисление, е,, и резульар тат контроля выдается на индикатор- 10 ное табло. Величина Нс определяется предварительно по справочным или экспериментальним данным для контролируемого материала и вводится в ЭВМ. Результат контроля определяется сравне-, 15 нием в ЭВМ вычисленной величины р(гавр) i р,р и пороговых эиачеиий ее, ар / е.. определенных на изделиях, имеющих механические свойства на границах "годные изделия — брак".

Величина (186) / одно н-н. эначно зависит (фиг.2) от температуры отпуска (а следовательно, и меха нических свойств), причем наибольшая крутизна этой зависимости наблюдается для температур отпуска выше 550 С.

Кроме того, предлагаемый способ (фиг.2) позволяет надежно отбраковы- вать нетермообработанные изделия.

1128157

Составитель А.Делова

Редактор П.Коссей Техред М.Надь Корректор О.Тигор

Заказ 9021/32 Тирам 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . no делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4