Способ контроля поверхностного слоя деталей из ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления

 

О П И С А Н И Е (п)989453

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву

Ъ (22) Заявлено 30,06.81 (21) 3308327/25-28 (51)И. Ке.

4 01 М 27/90 с присоединением заявки М 3308326/25-28

Гвсудврстевиимй квмитвт

СССР (23) П риоритет (53) УД К 620.

° 179. 14 (088.8) Опубликовано 15.01.83. Бюллетень,% 2

Дата опубликования описания 15.01.83 ао девам изавретвиий и вткрьпий (72) Авторы изобретения

С. Н, Килин и М. А. Карамышев

-с

/, !

i, » 1 М (73) Заявитель

J (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

ДЕТАЛЕЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к неразрушаюшему контролю и может быть использо-вано для контроля качества поверхностного слоя деталей из ферромагнитного материала.

Известен спОООб KoHTpcQIB качества 5 ферромагнитных материалов, основанный на поочередном перемагничивании образна полями разных частот, выделении гармоник этих частот и фиксировании значений амплитуд полей, при которых фазы 1о третьих гармоник имеют максимум (1 7.

Недостатком данного способа являе т ся невозможность контроля качества поверхностного слоя деталей, имеюших различные структуры. 15

Известно устройство KoHTpolIB твер дости, содержашее датчик, многоканальный анализатор твердости, схемы измерения амплитуд и фаз гармоник, пороговые- схемы, сумматор и индикатор (2 3.

Недостатком данного устройства является резкое падение .гочности измерений при изменении электромагнитных свойств, 2 ферромагнетиков, подверженных различной обработке.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля новерхностного слоя деталей из ферромагнитньбс материалов, заключаюшийся в том, что в детали возбуждают вихревые токи с помошью накладного вихретокового преобразователя и измеряют параметры гармонического напряжения на выходе вихрее. токового преобразователя 3 ) .

Недостатком известного способа является низкая точность контроли.

Наиболее близким по технической cyrmности к изобретению является устройство для контроли поверхностного слоя деталей из ферромагнитных материалов, содержащее соединенные последовательно блокинг генератор с включенным в его Обратную связь трансформаторным преобразователем, селективный усилитель, детектор, ключ, дифференпиальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом детектора, и индикатор, пороговый блок, включенный

3 9894 между выходом дифференциального усили1теля и вторым входом ключа, и конденсатор, подключенный между выходом ключа и общим проводом (3 ).

11ель изобретения — повышение точнос ти контроля поверхностного слоя со смешанной структурой.

Поставленная цель согласно способу контроля поверхностного слоя деталей из ферромагнитных материалов достигается 1О тем, что на поверхностный слой в рабочеК зоне вихретокового преобразователя устанавливают электроды с разлишыми температурами нагрева, измеряют возникшую термоЭДС и по величинам выходного 15 напряжения вихретокового преобразователя с учетом измеренной термо-ЭДС определяют качество поверхностного слоя.

Устройство для контроли поверхностного слоя деталей из ферромагнитных ма- 2р териалов снабжено соединенными последовательно блоком измерения термо-ЭДС, и корректирующим блоком, подключенным к индикатору.

На чертеже представлена блок-схема 25 устройства,, реализующая данный способ.

Устройство для контроля поверхностного слоя деталей из ферромагнитных материалов содержит соединенные последовательно блокинг-генератор 1 с включенным в его обратную связь трансформаторным преобразователем 2, селективный усилитель 3, детектор 4, ключ 5, дифференциальн;ый усилитель 6, второй вход которого подключен к выходу детектора 4, и индикатор 7, Между выходом дифференциального усилителя 6 и вторым

БЭ 4 входом ключа 5 подключен пороговый блок 8, а к выходу ключа 5 подключен конденсатор 9. Для регистрации термоЭДС устройство содержит соединенные последовательно блок 10 измерения термо-ЭЛС и корректирующий блок 11, подключенный к индикатору 7.

Необходимость измерения термо-ЭДС возникает и:-ь-за того, что токовихревой метод обеспечивает контроль твердости только при условии, если структура контролируемого обьекта известна, потому что разные структурные фазы ферромагнитных материалов дают одинаковые сигналы на выходе преобразователя. Это вызвано тем, что потери на вихревые токи прямопропорциональны площади гистерезисной петли, а она у разных структур может быть одинакова. Например, феррит и цемент имеют близкие по площади гистерезисные петли изза того, что ток насыщения ферритной фазы больше, чем у цемента, а коэрцитивная сила меньше.

Поэтому, хотя твердость цементита в два раза выше твердости феррита, напряжения на выходе преобразователя оказываются соизмеримыми. Измерение же термо-ЭДС поверхностного слоя объекта позволяет точно определить его структуру и изменить масштаб выходных сигналов вихретокового преобразователя и, таким образом, более точно контролировать твердос ть.

Пример. Берут 175 образцовотливок гильз цилиндра двигателя М 412 из специального чугуна. Химсостав приведен в таблице.

Состав, %

0,06 0,04

Метрологическим способом определяют структуру в поверхностном слое образцов. По структуре образцы разделяются . на три группы.

E. У 51 образца структура представляет собой графит среднепластинчатый и мелкопластинчатый с дендри юбразной направленностью. Металлическая основа: пластинчатый и сорбитообразный перлит, зерна феррита с включением двойной фос- Л фщной эвтектики. (I ° У 101 образца структура — гра фит дендритообразный с участками кустообразного. Металлическая основа: зернистый перлит, до 30 феррита и большое количество неразорванной сетки второй фосфидной эвтектики.

Е,. У остальных 23 образцов структура - пластинчатый и зернистый перлит, феррит, цементит и небольшое количество второй фосфидной эвтектики.

Глубина цементита (отбела) в последней группе 75 мкм - 2,5 мм.

Твердость замеряют на приборе ТШ-2М (по Бринелю), она составляет для I груп3,0 2I6 Ое51 1в02 Ое032 Os54 Ot22

53 6 измерения термо-ЭДС и выходной сигнал1 с него, величина которого пропорциональна структурной фазе контролируемой детали, через корректирующий блок 11 подается на корпусную клемму индикатора

7. Таким образом сигнал с преобразователя 2, реализующего вихретоковой метод, корректируется, т.е. меняется его масштаб сигналом термо-ЭДС с блока 10 измерения термо-ЭДС, реализующего термоэлектрический метод.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность контроля твердости деталей из ферромагнитных материалов со смешанной структурой. Установка позволяет разделить отливки, содержашие цементитную фазу, от отливок, не содержащих ее. A так как отливки, не содержащие цементитной фазы, нс имеющие завышенную твердость, после отжига становятся годными, то выход годных отливок увеличивается, что при годовом плане 2600000 шт. отливок и дает вышеуказанный эффект.

Формула изобретения

l. Способ контроля поверхностного слоя деталей из ферромагнитных мате риалов, заключающийся в том, что в детали возбуждают вихревые токи с помсцп ю накладного вихретокового преобразователя и измеряют пара. метры гармо ического напряжения на выходе вихретокового преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности контроля, поверхностного слоя со смешанной структурой, на поверхностный слой в рабочей зоне вихретокового преобразователя устанавливают электроды с различными температурами нагрева, измеряют возникшую термо-ЭДС и по величинам выходного напряжения вихретокового преобразователя с учетом иэм ренной термо-ЭДС определяют качество поверхностного слоя.

2. Устройство для контроля поверхностного слоя деталей из ферромагнитных материалов, содержащее соединенные последовательно блокинг-генератор с включенным в его обратную связь трансформаторным преобразователем, селективный усилитель, детектор, ключ, дифференциальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом детектора, и индикатор, пороговый блок, .включенный между выходом дифференциального усилителя и BTopb1M входом ключа, и конденсатор, подключенный между выходом ключа и общим при5 9894 пы - 202-229 НВ; для g группы - 217255 НВ; для (((группы - 241-311 НВ.

Затем все образцы проверяют на установке, реализующей вихретоковый метод, показания снимаются с милливольтметра . со шкалой, имеющей 100 делений. Результаты следующие: I группа - 7690 NB, твердость - 202-229 НВ; (( группа - 40-78 NB, твердость — 217255 НВ; IO группа» 16-54 NB,, твер- ц дость 241-311 НВ.

Отсюда видно, что твердость образцов хорошо коррелирует с показателями вихретокового метода только тогда, когда структура представляет собой графит, перлит, феррит, т.е. образны Е и (( группы. В Щ группе структура образцов представляет собой перлит и цементит, т.е. наличие цементита нарушает линейную зависимость показаний вихретокового метода от твердости по прибору

ТШ-2N (Бринель) .

Далее определяют термо- ДС образцов, величина которой распределяется следующим образом: 7 и Г(группа — 0,01 NB -pg

0,02 NB, lit группа — 0,02-0,04 NB.

Отсюда видно, что используя термоЭНС как масштабный коэффициент, можно получить линейную зависимость выходных сигналов установки. зо Устройство работает следующим образом. !

Деталь устанавливается в трансформаторный преобразователь 2, на его выходе появляется сигнал, который подается на вход селективного усилителя 3, настроенного на одну из высших гармоник этого сигнала. Выделенная и усиленная гармоника через детектор 4 подается на первый вход ключа 5 и второй вход дифференциального усилителя 6, а так как в исходном состоянии ключ 5 открыт, то в ис- ходном состоянии, при отсутствии детали в преобразователв 2 на входе индикатора

7 напряжение равно нулю, так как на обоих входах дифференциального усилителя 6 напряжения равны, поскольку ключ

S открыт. На выходе корректирующего блока 11 напряжение тоже равно нулю, мк как при отсутствии детали на выходе блока 10 измерения термо- ДС сигнал ф равен нулю. При установке детали в преобразователь 2 на выходе его появляется сигнал, из которого селективным усилителем 3 выделяется и усиливается одна из высших гармоник этого сигнала и че55 рез детектор 4 и ди рференциальный усилитель 6 подается на вход индикатора 7.

В этот же момент включается бпок 10

3. Авторское свидетельство СССР № 794449, кл. G 01 N 27/80, 1980 (прототип) .

7 989453 8 водом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 1. Авторское свидетельство СС("Р что, с целью повышения точности конт - № 763744, кл. G 0 1 N 27/90, 1979. роля поверхностного слоя со смешанной. структурой, оно снабжено соединенными 2. Авторское свидетельство СССР последовательно блоком измерения термо- ¹ 400841, кл. Q, 01 N 27/86, 1971.

ЭДС и корректирующим блоком, подключенным к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Составитель Ю. Глазков

Редактор К. Вол", гук Техред О.Неце Корректор О. Билак

Заказ 11116/63 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ХХ3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4