научная статья по теме МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР). Ч. I. МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ МАГНИТНАЯ СТРУКТУРОСКОПИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА, ИЗМЕРЯЕМЫХ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОМАГНИТ-ИЗДЕЛИЕ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР). Ч. I. МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ МАГНИТНАЯ СТРУКТУРОСКОПИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА, ИЗМЕРЯЕМЫХ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОМАГНИТ-ИЗДЕЛИЕ»

Магнитные и электрические методы

УДК 620.179.14

МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР). Ч. I. МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ МАГНИТНАЯ СТРУКТУРОСКОПИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА, ИЗМЕРЯЕМЫХ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОМАГНИТ—ИЗДЕЛИЕ

М.А. Мельгуй

Проведен анализ развития методов и средств многопараметровой магнитной структуро-скопии. Показана перспективность такого подхода для практического контроля структуры и физико-механических свойств широкого круга термообработанных стальных изделий.

Ключевые слова: структуроскопия, магнитный параметр, петля гистерезиса, приставной электромагнит.

Для решения задач структуроскопии изделий из ферромагнитных материалов наибольшее распространение получили:

1. Метод измерения сигналов, пропорциональных магнитным свойствам вещества, измеренных в замкнутой магнитной цепи приставного П-образного электромагнита, полюса которого располагают на изделии [1].

2. Метод измерения градиентов полей остаточной намагниченности, сохраняющейся на изделии при его локальном намагничивании импульсами — магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия [2].

В однопараметровом варианте первый называют методом коэрцитиме-трии, который реализуется с помощью различного типа коэрцитиметров [3—10], второй — импульсным магнитным методом, реализуемым с помощью различного типа импульсных магнитных анализаторов ИМА [11—17], импульсных локальных контроллеров (ИЛК) [18, 19], контроллеров импульсных магнитных (КИМ) [20, 21], импульсных магнитных поточных контроллеров (ИМПОК) [22, 23].

Указанные средства магнитного контроля широко известны в странах СНГ и за их пределами. Они с успехом решают задачи контроля механических свойств изделий металлургического производства и многие задачи контроля качества термической обработки изделий машиностроения. Однако существует множество задач структуроскопии, особенно в машиностроении, которые не могут быть решены указанными выше однопараметровы-ми методами.

К таким задачам относится контроль качества закалки заэвтектоидных марок сталей; среднего и высокого отпуска (300—650 °С) изделий, изготовленных из сталей с содержанием углерода более 0,3 %; поверхностно-упрочненных слоев изделий машиностроения (закалка ТВЧ, цементация и т. п.).

Рассмотрим возможности многопараметровых методов магнитной структуроскопии c использованием параметров петли гистерезиса при перемагни-чивании в замкнутой цепи электромагнит—изделие и гистерезисных параметров, определяемых по градиенту напряженности поля остаточной намагниченности при перемагничивании изделия сериями импульсов, изменяющихся по величине и направлению с шагом АН.

Михаил Александрович Мельгуй, главный научный сотрудник Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, доктор техн. наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР, Государственной премии Республики Беларусь, заслуженный изобретатель Республики Беларусь. Тел. (375-17) 284-24-11, 80295539574. E-mail: melgui@ iaph.bas-net.by

Впервые двухпараметровая магнитная структуроскопия с использованием приставного электромагнита была использована для контроля качества закалки шарико- и роликоподшипников из сталей ШХ15 и ШХ15СГ [24].

Исследования показали, что недогрев при закалке (наличие троостита в структуре стали) и перегрев могут быть установлены только при измерении двух параметров статической петли гистерезиса — коэрцитивной силы Ис и намагниченности насыщения М Для реализации практического контроля качества закалки изделий из сталей ШХ15 и ШХ15СГ рекомендованы дифференциальные структуроскопы, позволяющие измерять разностный магнитный поток от стандартного и испытуемого изделий, помещенных в плечах Н-образного электромагнита [25—29], и сигнал, пропорциональный разности коэрцитивных сил этих изделий.

Процесс измерения состоит из двух этапов. На первом этапе в намагничивающие катушки электромагнита подают намагничивающий ток и включают измеритель разности магнитных потоков от контролируемого и нормально закаленного изделий [30], расположенный в перемычке ярма. Разность магнитных потоков контролируемого и нормального изделий пропорциональна разности их намагниченностей насыщения. На втором этапе в эти же катушки подают ток, пропорциональный коэрцитивной силе нормального изделия (магнитный поток через него равен нулю). В этом случае разность магнитных потоков, измеряемая феррозондом или датчиком Холла в перемычке, пропорциональна разности коэрцитивных сил контролируемого и нормального изделий.

По этим же двум параметрам предложено [30—32] контролировать пористость П и количество "связанного" углерода (С) порошковых сталей, получаемых путем спекания прессовок из смеси порошков исходных компонентов и подвергаемых термической обработке — закалке и отпуску. При этом получены оптимальные уравнения связи для:

пористости (при коэффициенте корреляции Я = 0,975 и среднеквадрати-ческом отклонении S = 0,305 %)

п ' '

П = 89,8 - 0,349Я - 0,51675 • 10-2М - 0,002276 • 10-2(М • Я); (1)

углерода (при Я = 0,97 и £ = 0,0292 %)

С = -0,11 + 0,5282 • 10-5(М- И). (2)

Подробно вопросы контроля остаточной пористости и структуры изделий, полученных методом порошковой металлургии, рассмотрены в [33], и в качестве средства контроля рекомендован прибор ДМС-1 [26, 28].

Преимущества двухпараметрового (по Ис и Вг) контроля твердости труб из стали 37Г2С, реализуемого с помощью прибора ММТ-2, по сравнению с однопараметровым (только Ис) заключается в повышении коэффициента корреляции Я и снижении среднеквадратичной погрешности 8п [46].

Возможности трехпараметровой структуроскопии по параметрам петли гистерезиса в статических полях проанализированы в [34].

Показано, что твердость многих марок сталей в закаленном и отпущенном состояниях при разных температурах может быть рассчитана по трем измеренным в статических магнитных полях характеристикам: коэрцитивной силе И релаксационной намагниченности МИг и релаксационной магнитной восприимчивости % = М /И Для вычисления твердости ИЯС предложена общая формула, включающая как линейные, так и квадратичные члены

ЖС = А0 + А1Нс + АМнг + А3%г + А4НС + А^ННг + А6%г2 + АМ/ X,). (3)

Коэффициенты А0, Аг.. А7, найденные для 22 различных марок сталей, приведенные в [34], позволяют в интервале отпуска от 20 до 650 °С рассчитать их твердость НЯСр, при этом среднеквадратическое отклонение рассчитанной твердости НЯС от измеренной НЯСи находится в пределах (0,53—2,9)НЯС, а коэффициент корреляции Я во всех случаях не ниже 0,94.

Для реализации метода рекомендован прибор СМ-401 [38], в памяти которого сохраняются измеренные значения магнитных параметров, используемые для вычисления величины контролируемой характеристики с помощью компьютера.

Три магнитных параметра (коэрцитивная сила Н релаксационная намагниченность МНг и намагниченность насыщения М) использованы в [48] для контроля качества порошковых спеченных сталей 30НМ и 30Н2М после воздействия температур спекания в интервале Тсп = 700—1280 °С. Получено уравнение связи между температурой спекания и магнитными свойствами сталей, обеспечивающее коэффициент множественной корреляции Я = 0,97 между расчетными значениями Тсп и фактически измеренными [49]. Кроме того, получено уравнение для расчета твердости (диаметра) отпечатка, обеспечивающее коэффициент корреляции расчетной величины твердости с экспериментально измеренными Я = 0,94. Для контроля качества рекомендованы дифференциальный магнитный структуроскоп ДМС-2 [47] и магнитный структуроскоп МС-2 [41].

Своеобразным многопараметровым методом можно считать и способ контроля поверхностной твердости и глубины упрочненного слоя изделий, подвергнутых закалке ТВЧ, цементации и т. п. В этом случае используют показания коэрцитиметра с разными размерами приставного электромагнита, обеспечивающими промагничивание:

только поверхностного слоя (малые размеры площади полюсов П-образного электромагнита и межполюсного расстояния);

упрочненного слоя и частично сердцевины.

В первом случае коэрцитивная сила пропорциональна твердости поверхностного слоя, во втором случае можно измерить глубину упрочненного слоя. Метод предложен в середине прошлого столетия М.Н. Михеевым и используется в настоящее время [35, 36].

Если необходимо кроме поверхностной твердости НЯСп и толщины упрочненного слоя к определить еще и твердость сердцевины НЯСс цилиндрических изделий, в [37] рекомендовано измерять коэрцитивную силу дополнительно третьим приставным устройством в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра. Приставной электромагнит в этом случае должен иметь полюсные наконечники с таким расстоянием между полюсами и расточкой под диаметр контролируемого изделия, которые обеспечат минимальную долю упрочненного слоя в пере-магничиваемом объеме.

В результате получены уравнения для вычисления глубины к слоя и твердости сердцевины НЯСс типа:

к = -11,38 + 0,013Е2 - 0,0017Е3; (4)

НЯСс = -104,90 + 0,072Е2 + 0,030Е3 (5)

с коэффициентами множественной корреляции соответственно Як = 0,8 и ЯНЯС = 0,9, где Е2 и Е3 — показания прибора СМ-401 [38, 39] при продольном и поперечном расположении указанных выше электромагнитов второго и третьего типов.

Однако измерение магнитных свойств материала невозможно в цеховых условиях производства, поэтому при конструировании приборов контроля качества термообработки многопараметровым методом измеряют относительные величины, пропорциональные той или иной магнитной характеристике.

Так, в структуроскопах типа МС-1 и МС-2 [40, 41] используют приставной П-образный электромагнит для намагничивания и перемагничивания изделия. Структуроскоп МС-2 имеет два режима "ИЗМЕРЕНИЕ", переключаемые ключом либо в положение 1Вс1 при измерении вторичной остаточной индукции, либо в I при измерении относительной величины коэрцитивной силы. В положении ключа 1Вс1 изделие намагничивают двумя разнополярны-ми импульсами, проходящими по обмоткам намагничивания приставного электромагнита. Амплитуда первого импульса достаточна для намагничивания изделия до насыще

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»