Способ контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов

 

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств ферромагнитных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из ферромагнитных материалов, подвергнутых поверхностному упрочнению. С целью расширения технологических возможностей путем контроля свойств приповерхностных слоев после упрочняющих обработок на изделиях различной конфигурации и сортамента , при намагничивании в замкнутой магнитной цепи магнитным полем, силовые линии которого ориентированы параллельно контролируемой поверхности, регулируют глубину промагничивания так, чтобы на глубине, равной половине слоя упрочнения, достигалась индукция насыщения, при этом амплитуду первого импульса устанавливают равной кратной величине магнитного слоя соответствующего максимальной ной проницаемости материала, размагничивают изделие импульсами магнитного поля обратного направления, максимальную амплитуду которого определяют из условия, при котором величина, равная отношению вариации поля рассеяния остаточной намагниченности к соответствующему изменению контролируемого параметра в заданном интервале , достигает максимального значения . 3 ил. ё

COIO3 СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 N 27/83

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4822248/28 (22) 1.03.90 (46) 07.07.93. Бюл. % 25 (71) Производственное объединение "Завод им. Малышева" (72) Д.Г.Шерман, С.И.Яворович и А.M.Øèôрин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1252718, кл, G 01 и 27/83, 1986.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 708795, кл. 6 01 и 27/83, 1982. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств ферромагнитных материалов и может быть использовано при изготовлении иэделий из ферромагнитных материалов, подвергнутых поверхностному упрочнению. С целью расширения технологических возможностей путем контроля свойств приповерхностных

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств ферромагнитных материалов и может найти применеwe при изготовлении изделий иэ ферромагнитных материалов, подвергнутых поверхностному упрочнению, например. способами пластической деформации или химико-термической обработки.

Целью изобретения является расшире йие области использования способа для из делий с различным профилем поверхности, На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема прибора для контроля физико-механических свойств иэделий из ферромагнитных материалов по предлагае„„5U„„ 1826051 Al слоев после упрочняющих обработок на изделиях различной конфигурации и сортамента, при намагничивании в замкнутой магнитной цепи магнитным полем, силовые линии которого ориентированы параллельно контролируемой поверхности, регулируют глубину промагничивания так, чтобы на глубине, равной половине слоя упрочнения, достигалась индукция насыщения, при этом амплитуду первого импульса устанавливают равной кратной величине магнитного слоя соответствующего максимальной магнитной проницаемости материала, размагничивают изделие импульсами магнитного поля обратного направления, максимальную амплитуду которого определяют из условия, при котором величина. равная отношению вариации поля рассеяния остаточной намагниченности к соответствующему изменению контролируемого параметра в задвнном интервале, достигает максимального значе:ния, 3 ил. мому способу: на фиг.2 — соприкосновение преобразователя с поверхностями различ- O ной конфигурации и характер распределе- С) ния магнитных силовых линий в материале (Л (а — соприкосновение преобразователя с а плоской поверхностью. с — с выпуклой поверхностью, Ь вЂ” с вогнутой поверхностью, г — радиус кривизны криволинейной поверхности). авеЭ

Нэ фиг.3 приведены графики зависимости величины поля рассеяния остаточной намагниченности Bd ферромагнитных иэделий, контролируемый параметр Pl которых изменяется в заданном интервале при раз- личных значениях максимальной амплиту1826051 пы импульса раэмагничивающего поля по .ле намагничивания контролируемого уча"тка сериями импульсов магнитного поля по предложенному способу (Нр) (Нр2 (Нрз).

Функциональная электрическая схема, 5. прибора содержит преобразователь 1, генератор 2, выходной импульсный трансформатор 3, разрядные тиристоры 4, индуктивноемкостной накопитель 5. силовой трансформатор 6, фазовый регулятор 7тока, блок8управ- "0 ления, блок 9 измерения и сигнализации, блок .10 измерения, аналогово-цифровой преобразователь 11, регистр 12 памяти, блок 13 индикации, блок 14 питания.

Блок 14 питания эапитывает генератор

2, силовой трансформатор 6, через фазовый регулятор 7 тока, блок 8 управления, а также блок 10 измерения, аналого-цифровой преобразователь 11, регистратор 12 памяти, блок 15 индикации.

Силовой трансформатор 6 служит ис- . точником тока индуктивно-емкостных накопителей 5, которые через управляемые тиристоры 4 соединены с вторичными об мотками выходного импульсного трансфор- матора 3, Блок 8 управления генерирует импульсы управления, при подаче сигнала íà riepвичную обмотку импульсным трансформатором 3, тиристорами 4, задает опорный сиг- 30 нал фазовому регулятору 7 тока, формирует постоянное напряжение Сравнения, направляемое в блок 9 измерения и сигнализации, выдает сигнал для запуска схемы измерения аналого-цифровым преобразо- 35 вателем 11. Генератор 2 запитывает намагничивающую обмотку феррозонда преобра-. зователя 1 и блок 10 измерения. Сигнал с вторичной обмотки феррозонда преобразователя 1 поступает на блок 10 измерения, 4 откуда продетектированный сигнал второй гармоники через аналого-цифровой преобразователь поступает 11 в регистратор памяти и блок 13 индикации.

Блок 8 управления содержит генератор, 45 формирующий прямоугольные импульсы с разной частотой следования, длительности, амплитуды и напряжения, частотомер, формирующий импульсы управления тиристо- рами и запуска схемы измерения после процесса намагничивания-размагничивания, а также усилитель постоянного тока, формирующий сигнал сравнения для измерения импульсного тока, протекающего по обмотке намагничивания преобразователя 1.

Прибор работает следующим образом.

Блок 14 питания питает блоки прибора постоянным и переменным током. При нажатии кнопки "Пуск", расположенной на преобразователе 1, осуществляется запуск программы намагничивания. Блок 8 управления через фазовый регулятор 7, вторичную обмотку силового трансформатора 6 осуществляет заряд индуктивно-емкостных накопителей 5. Накопители 5 соединены с соответствующими обмотками выходного импульсного трансформатора 3 через разрядные тйристоры 4. Блок 8 управления генерирует импульсы управления разрядными тиристорами 4 и фаэовым регулятором 7 тока.

Блок 9 измерения и сигнализации позволяет индицировать прохождение импульса тока через преобразователь 1 и оценить его величину методом сравнения импульса с заданным уровнем постоянного напряжения и сигнализировать с помощью сетевого индикатора достижение заданной амплитуды импульса. Блок намагничивания формирует серию импульсов тока одного направления, амплитуда которых изменяется по линейному закону: каждый последующий импульс от

N+1 первого до 2 возрастает на величину

b lm, а каждый последующий импульс от

N+3 до последнего меньше предыдущего на величину Лlm, где Ьlm — амплитуда первого импульса. По окончании процесса намагничивания блок 8 управления через фазовый регулятор 7 тока изменяет направление импульса тока и происходит процесс размагничивания путем последовательного увеличения импульса тока размагничивания

1р на величину Alp до достижения заданного уровня тока lpm . По окончании процесса намагничивания и размагничивания блок

8 управления выдает сигнал на процесс измерения.

Измерение поля остаточной намагниченности осуществляют с помощью феррозонда, расположенного в преобразователе1 и возбуждаемого генератором 2. Продетектированный сигнал второй гармоники с измерительной обмоткой феррозонда поступает на блок 10 измерения, а затем через аналого-цифровой преобразователь 11 и регистратор памяти 12 поступает на блок 13 индикации, который выдает результаты измерения в циф-,. ровом виде.

Преобразователь прибора содержит полукольцевой намагничивающий соленоид, выполненный в виде тороидальной обмотки, магнитное поле которого замыкается через контролируемый участок изделия, и феррозонд, ось симметрии которого расположена параллельно контролируемой поверхности.

1826051

10 ния индукции Bg

30

40

/ /. о

1 дН

In (2 — ) + 0,1 In—

R r

Н вЂ” Но

В таблице приведены зависимости отН, ношения величины „от соотношения раНо диуса кривизны контролируемого изделия R в месте контакта с преобразователем и глубины г измерения поля Н 2. Так, например, при радиусе R - 50 мм поле Н на глубине r = 49 мм буДет равно (r/R -0,98) Hiz - Но 0 97

С учетом этого соотношения выбирают максимальную амплитуду поля Но в намагничивающем соленоиде, чтобы достичь на заданной глубине поля Нв2.

Выбор амплитуд намагничивающего поля Но и раэмагничивающего поля Нр„, зависит от магнитных свойств (максимальной магнитной проницаемости,и„акс, коэрцитивной силы Н, релаксационной коэрцитивной силы Нр, напряженности магнитного поля Нц,, при котором достигается индукция насыщения Вг, напряженности магнитного поля Ни»«, при котором достигается максимальная магнитная проницаемость цмакс, и электрических (электропроводности о) свойств материала контролируемого изделия. Эти свойства задаются химическим составом материала и его предварительной химико-термической обработкой и должны определяться предварительно перед контролем деталей. Для отстройки влияния магнитной предыстории изделие размагничивают перед контролем.

Для изделий с плоской поверхностью из уравнения определим максимальную амплитуду импульса напряженности магнитного поля на поверхности изделия Но, при котором на глубине I от поверхности напряженность 6vдет Не, по формуле

Н . = Н, . е У < < И Po o где Н вЂ” напряженность на глубине 1, А/м, гг — проводимость материала, См; ,и — магнитная проницаемость, отн,ед.; ио — магнитная постоянная.,ио = 1,26х х 10 Гн/м;

l — глубина, на которой. определяют Не, м.

Поле рассеяния остаточной индукции

Вд на контролируемом участке определяют после частичного размагничивания импульсами магнитного поля обратного направления при пропускании через обмотку соленоида импульсов тока Ip обратного направления с помощью феррозондового магнитного преобразователя 2, который расположен в непосредственной близости от контролируемой поверхности и позволяет фиксировать тангенциальйую составляющую поля рассеяСпособ осуществляют следующим образом, Изделия из ферромагнитных материалов упрочняют по принятой технологии для получения заданных свойств приповерхностного слоя.

Известным способом путем проведения металлографического исследования, механических испытаний или анализа физическими методами определяют контролируемый параметр Рь В качестве контролируемого параметра физико-механических свойств упрочненного слоя выбирают следующие характеристики: механические свойства (например, твердость и т.п,), фазовый. состав, структурное состояние или параметры упрочненного слоя (например, глубина слоя упрочнения, глубина слоя обезуглероженности, процентное соотношение фаз, количество остаточного аустенита и т.п.), параметры структурно-напряженного состояния (например, величина остаточных напряжений, уровень микррдеформации, размер блоков когерентного рассеяния), эксплуатационные характеристики иэделия (усталостная прочность, износостойкость и т.п.), контролируемые факторы процесса упрочнения (температура, давление, время).

Путем варьирования режимов упрочнения получают изделия с известными значениями контролируемого параметра Pl в заданном интервале. После этого определяют оптимальные условия частичного размагничивания ферромагнитного материала импульсным магнитным полем предварительно намагниченного до насыщения для проведения контроля физико-механических свойств изделий по величине поля рассеяния остаточной индукции Вд .

Для этого устанавливают на контролируемый участок иэделия с известным значением контролируемого параметра P преобразователь 1 прибора (фиг.1). Нажатием кнопки "Пуск" запускают программу намагничивания. Изделие намагничивают, пропуская через обмотку намагничивающего соленоида 1 (фиг.2) 3...5 серий импульсов тока одного направления, амплитуда которых сначала возрастает до максимума Im, а затем уменьшается до нуля по описанному

1826051 выше закону. Такой режим намагничивания обеспечивает достижение максимальной глубины и стабильности намагничивания.

За время одного цикла принимают время т, за которое амплитуда импульса тока 5 возрастает, а затем уменьшается в 10 раз.

Значение постоянной у в зависимости от времени цикла t рассчитывают по формуле(1).

Максимальную амплитуду тока намагничивания Im выбирают такой, чтобы дости- 10 галось поле Но, при котором напряженность поля Н на глубине I, равной половине слоя упрочнения была НВ = Has, где Has напряженность магнитного поля, при котором, достигается индукция насыщения Bs ферромагнитного материала.

Амплитуду первого импульса тока наМаГНИЧИВаНИЯ I1 = A Im ВЫбИРаЮт таКОй, чтобы обеспечивалось получение магнитного поля напряженностью ЛН . Напряжен- 20 ность лоля Л Hm определяют из соотношения

ЬHm m Нр„,„,, где m — постоянная, Hp„gyp — напряженность магнитного поля, при котором достигается максимальная маг- 25 нитная проницаемость /saic . Постоянную m определяют иэ условия:

Ф о

Н

m =

No РIP

30 где N — число циклов намагничивания.

По окончании процесса намагничивания блок 8 управления прибора (фиг.1) включает схему размагничивания. Размаг- 3ничивание проводят последовательно возрастающими импульсами тока ip обратного направления. Амплитуду импульсов тока ip увеличивают с шагом !р1 до достижения максимального тока ipm, при котором инду- 40 цируется магнитное поле напряженностью

АНр. Амплитуду первого импульса тока размагничивания 1р определяют из условия, при котором намагничивающий соленоид преобразователя 1 (фиг.2) индуцирует 45 магнитное поле Л Hp которое рассчитывают из соотношения

Ь г, =1 и =1

Рй — Рп где Вд„— значение остаточкой индукции для n-ro изделия;

Рл — значение контролируемого параметра Р1 для I-ro иэделия;

N — количествg образцов изделий с различным значением В,1„ в данной выборке.

Контроль параметра P по величине поля остаточной индукции проводят, используя график зависимости В1 = — f(P), полученный при частичном размагничивании контролируемого участка изделия импульсным магнитным полем с максимальной амплитудой, рдвпчай 1р

Пример. Проводят контроль изделий, изготовленных из среднеуглеродистых конструкцион н ых сталей после химико-термической обработки. Контролируемый параметр

Ро, твердость в ед, HRC. Для изделий, изготовленных, например, из стали 12ХНЗА, интервал изменения контролируемого параметра 55..65 ед. HRC. Глубина слоя цементации 2 мм

h.Н

Н

Nð

50 где Hpm — величина размагничивающего поля, при котором достигает максимума величина, равная отношению приращения поля рассеяния остаточной намагниченности изделия Ь В к соответствующему изменеwe контролируемого параметра ЛР1 в заданном интервале, Йр — число импульсов размагничивания.

Для определения НрРВ строят графики зависимости Вд = f(Pi) при различных полях размагничивания Hp и находят значение поля Нр, при котором тангенс угла наклона прямых В 1 = f(P1) достигает максимального значения (фиг.3), Измерение паля рассеяния остаточной индукции В1 на контролируемом участке проводят па величине

ЭДС индуцируемай -; измерительной обмотке феррозонда (фиг 2).

Зависимость Вд от параметра Р, аппраксимируют линейной функцией В,1=- а +

+ЬР1,, где постоянные а и Ь находят методом наименьших квадратов.

Постаянну.о а находят по формуле

N N

Р g Вп„, Р Вп, (Ргп

Величину Ь, равную тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс, и определяющую величину отношения измеренного приращения поля рассеяния остаточной индукции изделия к соответствующему изменению контролируемого параметра Р, вычисляют по формуле

1826051 магнитных материалов по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1) возможность контроля физико-механических свойств приповерхностных слоев после упрочняющих обработок на изделиях различной конфигурации и сортамента;

2) выбор условий, при которых контроль физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов по величине поля рассеяния остаточной намагниченности наиболее эффективен —. чувствительность контроля максимальна.

Формула изобретения

Способ контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных матеm=12 10/5 10 =05

Зависимость. поля Н от кривизны контролируемого изделия R (выпуклая криволенейная поверхность) Определяют максимальную амплитуду импульса намагничивающего поля Не в за. висимости от величины постоянной затухания. уя поформуле(2) при Не= Нвз и l=

-10 з и при условии, что для среднеуглеро- 5 дистых сталей: «200...500 отн.ед. при

Нр е« =(5...10) 10 А/а, Няэ=(15...20)х

- x10 А/м, o -(15.;.20) Сим.

Для стали 12ХН3А после цементации при 910 и 10 С и закалки от 900 й.10 С в масло имеем: Нвз =8 10 A/N, pea« з

= 300 при Нр„, „. = 5 10э А/м, o= 20

10 Сим. Тогда при y= 0,58, находим, что

Hp = =1,2 ° .10 А/м. Амплитуду первого им- 15

4 пульса намагничивающего тока определяют из условия индуцирования в намагничивающем соленоиде магнитного поля

h Hm = = . гл . 5 10 А/м, где значение постоянной при числе импульсов намагни- 20 чивания N< = = 5 вычисляют по формуле

Максимальную амплитуду размагничи- 25 вающего поля Нрп, на поверхности изделия, при котором на глубине! поле будет Не вычисляют по формуле (2) при Но - Нр„,, He= He, Интервал изменения определяют на основании экспериментального факта: 30 тангенс угла наклона прямых Bd = f(P) максимален, если напряженность размагничивающего поля He /He на глубине, равной половине слоя упрочнения, изменяется в интервале (0,5...1,5) Hp/Hc, где Hc — коэрци- 35 тивная сила стали, Hp — релаксационная козрцитивная сила стали. Для среднеугле-. родистых конструкционных сталей имеем;

Hc = 500" 5900 А/M, Hp = 2500...30000 А/М, 40 о

Для сталй 12ХН3А (Нс = 1,2 10 А/м, Hp = 15 10 А/м), интервал изменения з

He /Hc должен быть 0,5...15 (Hp/Hc -10).

Предлагаемый способ контроля физико- 45 механических свойств изделий иэ феррориалов, включающий намагничивание иэде-.. „ лия сериями импульсов магнитного поЛя.,"амплитуда которых изменяется по линейному закону, при этом сначала возрастает до максимального значения, а затем убывает до минимального значения. и измерение поля рассеяния остаточной намагниченности, по величине которого судят о контролируемом параметре, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения контроля изделий с различным профилем поверхности, при намагничивании в замкнутой цепи магнитным полем, силовые линии которого ориентированы параллельно контролируемой поверхности, регулируют глубину промагничивания так, чтобы на глубине. равной половине слоя упрочнения, достигалась индукция насыщения, при этом амплитуду первого намагничивающего импульса устанавливают кратной величине магнитного поля, соответствующего максимальной магнитной проницаемости материала, а размагничивают иэделие импульсами магнитного поля обратного направления, максимальную амплитуду которых определяют из условия, при котором величина отношения вариации поля рассеяния остаточной намагниченности к соответствующему изменению контролируемого параметра в заданном интервале достигает максимума.

1826051

Составитель Д.Шерман

Техред M. Морге нтал Корректор Г.Кос

Редактор

Заказ 2318 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101