Способ контроля штампуемости листовых ферромагнитных материалов

 

OO1O3 COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHCAHNE ИЗОБРСТ

H AB TOPÑÊÎÌ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3762547/24-21 (22) 28.06.84 (46) 15.02.86. Бюл. 1Е б (71) Липецкий политехнический институт (72) Ю.Д.Железнов, А.Г.Журавский, А.В.Черепанов, Е.И.Булатников, А.П.Шаповалов, А.К.Груэнов и Л.М.Чебышева (53} 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1002946, кл. G 01 М 27/90

G 01 R 33/12, 11,12.78, Авторское свидетельство СССР

Ф 930179, кл. G Ol R 33/12, 18.07.80..(54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ШТАМПУЕМОСТИ ЛИСТОВЫХ ФЕРРОИАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на конт ролируемый лист круговым радиальносимметричным магнитным полем и измерение разности нормальных составляющих индукции магнитного поля на поверхности листа вдоль и поперек направления прокатки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности контроля, предварительно определяют зависимость магнитной проницаемости контролируемого листа от величины намагничивающего поля и устанавливают вели„Я0„„1211646 A чину намагничивающего поля, соответствующую максимуму данной зависимости, после чего измеряют значение нормальной составляющей индукции магнитного поля в плоскости листа относительно центра симметрии кругового поля,а годность контролируемого листа определяют по одновременному выполнению следующих условий

Пор Пор

8„-В т

Ь где В„-  — разность нормальных составляющих индукции магнитного поля на поверхности листа вдоль и поперек направлений прокатки;

В среднее значение нормальной составляющей индукции магнитного ., поля в плоскости листа относительно центра симметрии . кругового поля;

a и Ь вЂ” соответствующие пороговые величины, оп-ределенные по корреляционной зависимости штампуемости от величин ь и В.

12! 1646 2

Изобретение относится к нераэрушающему контролю свойств листового проката из ферромагнитного материала, например стального, и может быть использовано в машиностроении и металлургии для определения пригодности ферромагнитных листов к глубокой и особо сложной вытяжке.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет учета особенностей кристаллографической текстуры и анизотропии магнитных свойств контролируемого листа, его дислокационной структуры, а также обеспечения максимальной чувствительности измеряемых величин к штампуемости ферромагнитного материала.

На фиг.1 показана экспериментально полученная зависимость средней по всем радиальным направлениям в плоскости листа индукции В от степени совершенства октаэдрических компонентов текстуры материала при неизменном содержании других текстурных: составляющих; на фиг. 2— зависимость В от размера зерна материала; на фиг.3 — кривые анизотропии индукции в плоскости листов с различной,штампуемостью при одинаковом значении В; на фиг.4 — зависимость чувствительности В к изменению штампуемости материала от величины намагничивающегося поля Н; на фиг.5 — схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.6 — пример конкретного выполнения способа.

Индукция на фиг.1 и 2 приведена в условных единицах (у.е.) . Материал для исследований — тонколистовая холоднокатаная малоуглеродистая сталь для холодной штамповки

08 Ю и 08пс.

Данные на фиг.1 и фиг.2 свидетельствуют об увеличении В с улучшением штампуемости листового ферромагнитного материала. Результаты, представленные на.фиг.3, показывают, что при неизменном В лист: с большей анизотропией обладает худшей штампуемостью, определяемой показателем Фукуи g, вычисленным по данным штамповки конического колпачка. Данные на фиг.4 подтверждают, что наибольшая эффективность определения штампуемости по величине В достигается при значении намагничивающего поля, соответствующего максимальной проницаемости материала !макс °

Устройство для реализации способа (фиг.5) содержит броневой цилиндрический электромагнит 1 переменного тока, на внутреннем стержне которого помещена измерительная катушка 2, а под внешним полюсом— две измерительные катушки 3 и 4, одна из которых ориентирована по оси

0-0 вдоль направления прокатки, а . другая — по оси 0-0 поперек нап( равления прокатки контролируемого листа 5. Плоскость витков катушек параллельна плоскости листа. Катушки 3 и 4 включены последовательновстречно. Через переключатель 6 сигнал катушки 2 или разностный сигнал катушек 3 и 4 подается на вход детектора 7 средних значений.

Выпрямленный сигнал подается на один иэ входов дифференциального усилителя 8. На его другой вход по-! дается опорное .напряжение 0 от источника 9 для компенсации части выпрямленного сигнала, обусловленной потоками рассеяни электромагнита 1.

Разностный.сигнал после усиления измеряется стрелочным индикатором

10, шкала которого проградуирована в условных единицах.

Способ осуществляют следующим образом.

Электромагнит 1 с расположенными на нем измерительными катушками 2, 3 и 4 устанавливают на контролируемом листе 5, ориентируя катушку 3 вдоль, а катушку 4 поперек направления прокатки листа 5. Величину тока обмотки электромагнита 1 устанавливают такой, чтобы величина создаваемого ею поля соответствовала максимальной проницаемости листа 5, для чего предварительно снимают зависиг мость проницаемости листа 5 от величины тока. С помощью переключателя 6 на вход детектора 7 подключают катушку 2 и по индикатору 10 определяют среднюю индукцию В по всем радиальным направлениям в плоскости листа (в условных единицах индикатора 10). Затем переключателем

6 на вход детектора 7 подключают последовательно-встречно соединенные катушки 3 и 4 и по индикатору 10 определяют анизотропию магнитной индукции в плоскости листа 5, равную разности значений индукции вдоль и по» перек направления прокатки листа

 — В . Вычисляют отношение анизобб

В -В и L тропии .к среднему значению () =

В и по его величине и по среднему значению магнитной индукции по всем радиальным направлениям в плоскости листа определяют штампуемость контролируемого ферромагнитного материала, Браковочные границы для

В и ().» находят экспериментально ()ор при статистическом исследовании больmoro массива контролируемого материала, по результатам которого строят соответствующие корреляционные зависимости. Далее по этим .зависимостям определяют В„, и() ббОР ПббР исходя из требуемого значения штампуемости.

Среднее значение магнитной индукции по всем, радиальным направпениям в плоскости листа зависит как от типа и степени совершенства кристаллографической текстуры, так и от дислокационной структуры материала, что следует из выражения для свободной энергии ферромагнетика во внешнем поле Е. Для наиболее часто встречающегося,на практике случая объемно-центрированного кубического кристалла (например, железо и сплавы на его основе) это выражение имеет вид г г *, г, (1) з где Š— энергия монокристалла вдоль оси легкого намагничивания, зависящая от химического состава и дислокационного строения материала;

К, — константа анизотропии;

g,„ мг,M — направляющие косинусы вектора намагниченности в системе координат, связанной с кристаллом.

Среднюю свободную энергию произвольно ориентированного монокристал. ла в системе координат, связанной с листом, определяют интегрированием выражения (1) после преобразования координат:

2л (Г Кб

Е,б= — ) ЕД» = E.+ — ((б, б„) +»Z(a a„ ) о

i»ZÁ C,ббпр*), (2) б .где б — элементы матрицы перехода от системы координат, связанной с

121 E 646 кристаллом, к системе координат, связанной с листом (индексы столбцов матрицы последовательно принимают значения 1 и 2, индексы строк — 1,2, 3» ",,j 4 k, р 1 гб а Ф b, которые зависят от углов ориентации монокристалла и,,(дг, ы в системе координат листа. Этими углами определяется тип кристаллографическсй текстуры.

10 Реальный материал представляет собой поликристаллическое тело, в котором отдельные кристаллы отклонены от ориентаций (б;на некоторый угол аы; . Среднюю свободную энер15 гию намагничивания металла определяют путем усреднения энергии монокристаллов,входящих в поликристалл»

E=1f1EсРР(бб ) Р(бббб)Р(бббб)" (ббб)бб(бМ "(бббб)б

2p где р (ья;1 — функция плотности распределения отклонений монокристаллов от углов Q,, подчиняющаяся условию нормировки.

25 Усреднение согласно (3) приводит к выражению

E=E,i (Z(6 б ) ° »Z(d d„) ббпр 6*g. Д*)б, ббпр б Сг ЬЯ б СЪЕШЬ)3 (4)

30 — z .где ьы; — дисперсия рассеяния монокристаллов от углов Q;;

С; — коэффициенты, зависящие от типа текстуры, т.е. углов у; .

Таким образом, средняя свободная энергия намагничивания материала по . всем радиальным направлениям в плоскости листа зависит от типа и степени совершенства:кристаллографичес40 кой текстуры и от. дислокационной структуры, влияющей на величину Е„.

Рентгенографические исследования, проведенные на образцах тонколистовой малоуглеродистой стали локазали, .

45 что для обеспечения хорошей штампуемости листов ферромагнитного материала,состоящего из объемно-центрированных кубических кристаллов, необходимо наличие октаэдрической

50 (111) <0б(%> и близких к ней компонентов текстуры. Расчеты, проведенные .для этих компонентов, показывают, что С,. и С положительны, а Сз О.

Следовательно, с уменьшением степе55 ни рассеяния компонентов текстуры, благоприятных, для обеспечения хорошей штампуемости, величина Е уменьшается. Величина Ео, входящая в Е, 1211646

50 также будет уменьшаться при наличии дислокационного строения, благоприятного для обеспечения хорошей штампуемости, так как факторы, увеличивающие подвижность дослокаций (большие размеры зерна материала, отсутствие неметаллических включений, мелкодисперсное распределение цемента и т.п.), одновременно приводят к улучшению магнитных свойств материала, ослабляя задержку смещения доменных границ при намагничивании, Так как индукция магнитного поля в материале и свободная энергия

erо намагничивания при неизменной

У напряженности поля связаны обратным законом, то уменьшение. величины Е при улучшении штампуемости листового ферромагнитного материала приводит к возрастанию среднего значения магнитной индукции по всем радиальным направлениям в плоскости листа.В.

Увеличение количества кубических компонентов текстуры (100) UVВ, ухудшающих штампуемость листового материала, также приводит к росту

В так как Е для этих компонентов

Ф с1 меньше, чем для октаэдрических. Для отбраковки листов с высоким В и с плохой штампуемостью вычисляют отношение Ь анизотропии магнитной индукции к среднему значению магнитной индукции по всем радиальным направлениям в плоскости листа. С ростом количества кубических компонентов текстуры резко возрастает 1анизотропия магнитных свойств материала в плоскости листа, следовательно, возрастет и это отношение. Хорошей штампуемостью обладают листы с высоким В и низким А ,цля обеспечения высокой надежности определения штампуемости листового ферромагнитного материала измерение В m h необходимо осуществлять, при величине намагничивающего поля, не насыщающего контролируемый лист, так как в сильных полях изменение ии дукции материала происходит за счет процессов вращения, зависящих от типа и степени совершенства кристаллографической текстуры и слабо зависящих от дислокационного строения. В области слабых полей изменение индукции определяется процессами смещения доменных границ и зависит от дислокационного строения. Наиболее эффективным будет измерение индукции в области

10 полей, соответствующих максимальной магнитной проницаемости, так как в этом случае процессы смещения и вращения протекают одновременно, и можно надежно оценить штампуемость лис15 тового ферромагнитного материала.

Предлагаемый способ был опробо" ван в промьппленных условиях. Материал для испытаний — тонколистовая малоуглеродистая холоднокатаная

20 сталь 08Ю (толщина листа 0,9 -1,2 мм) предназначенная для штамповки лицевых деталей автомобилей. Наряду с предлагаемым способом штампуемость определялась по результатам механических испытаний согласно

ГОСТ 9045-80 и неразрушающим методом по величине градиента остаточной индукции, измеряемого серийным прибором ИМА-2А. Испытания показа30 ли, что определение штампуемости предлагаемым способом является более точным и надежным иэ-за более высокой чувствительности к изменению пластических свойств материала.

З5 На фиг.6 показано распределение нескольких партий с различной штампуемостью по значениям В и Ь (в условных единицах шкалы прибора), IIo величине глубины выдавливания

40 лунки на аппарате Эриксена 1Е, мм (ГОСТ 9045-80), и по значениям градиента остаточной индукции (в условных единицах шкалы прибора

ИМА-2А).

45 . Как видно из фиг.6, предлагаемый способ в отличие от известных не приводит к попаданию годных изделий в брак.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля штампуемости и других физико-механических свойств листовых ферромагнитных материалов.

1211646

1211646

1ИО

Фиг. 5

1211646

Ю2 РФ 08 ОВ 10 12 1Ф 1б Д

110

122

7Î руа аюЮ л идо а ИИЯ2Я

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

Составитель С. Шумилишская

Редактор М, Петрова Техред 3. Палий Корректор С. Шекмар ф — — ч — - СЗаказ 636/49 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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