Способ неразрушающего контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 7 б; сЩя /ыысЕГО КОНТЗДЕЛИЙВ, заклюГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ордена Трудового Красного Знаменыинститут физики металлов Уральскогонаучного центра АН Украинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 370517, кл. С 01 Б 27/86, 1973.2. "Дефектоскопия", 1981, И,с. 41-46.3. Авторское свидетельство СССРУ 1033945, кл. О 01 Н 27/90, 1982.(54)(57) СПОСОБ НЕРАЗРУША 10 ЩРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛ.,803 3283 чающийся в том, что изделие перемагничивают, одновременно прикладываютнизкочастотную упругую нагрузку ирегистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения чувствительности и производительности контроля,перемагничивание осуществляют квазистатически по предельной петле гистерезиса, приращение магнитной индукциирегистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивнойсиле материала контролируемого изделия, определяют скорость изменения.приращения магнитной индукции и поее величине определяют механическиесвойства изделия.1128157 аВ ( 1 Вй а В " 1Изобретение относится к неразрушаппцим методам контроля механических свойств (качества термообработки) иэделий из ферромагнитных материалов и может быть иопользовано во всех от-раслях машиностроительной промышленностиИзвестен способ неразрушающего контроля механических свойств ферромагнитных изделий, заключающийся в О 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 20 ются невысокая точность измерений, связанная с разбросом результатов из-за чувствительности измеряемой ЭДС при однократном нагружении к незначительным изменениям условий контроля (колебания величины напряженности магнитного поля, скорость приложения механического воздействия,предыстория образца), атакже низкая производительность, связанная с мно" З 0 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 40 ЭИА сигнала от напряженности магнит- ного поля. По максимальной величине .амплитуды. этого сигнала судят о твердости или о температуре отпуска это-го образца 23 . 45 Применение этого способа затруднительно вследствие того, что резонансная частота зависит от размеров и акустических свойств образца, Кроме того 1 помехозащищенность способа 50 невелика, так как величина упругих напряжений, возникающих при ЭИА-пре.,образовании, а следовательно, и мак-. симальная величина амплитуды резонансного ЭИА-сигнала, мала, что сущест венно влияет на точность контроля.Наиболее .близким по технической сущности к. изобретению является способ 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 соотношенийПНЯК В 11 лВ - ав эпъак,дВ + ------- ЬВ ( ВВз5 3Гдс 1 Х . М 1 О где ЬВэ и йВ - соответственно изменение магнитнойиндукции под воздействием механической нагрузки в режимах насьпцения и остаточной. намагниченности, .Ф 10 й 1 ОВ э .,лВ .- предельные значенияуказанных параметров 3 .йые значения указан-.ных параметров 3 1Недостатком известного способа является невысокая, чувствительность контроля механических свойств для иэцелий из средне- и высокоуглеродиетып сталей, прошедших средне- и высокотемпературный отпуск. Невысокая чувствительность известного способа связана с тем, что величина изменения магнитной индукции ЛВ 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 1128ничивают, одновременно, прикладываютнизкочастотную упругую нагрузку ирегистрируют приращение магнитнойиндукции под действием упругой нагрузки, перемагничивание осуществляется кваэистатически по предельнойпетле гистереэиса, приращение магнит;ной индукции регистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивной силе материала контролируемого изделия, определяют скоростьизменения приращения магнитной индукции и по ее величине определяют механические свойства иэделия.На. фиг. 1 представлены кривые зависимости приращения магнитной индукциипод действием упругого сжатия ВВ отнапряженности магнитного поля приперемагничивании по предельной петлегистерезиса для образцов из стали 2040 Х, прошедших отпуск при температу-рах: 0-400 С,. ЛС, Ф -500 С,.О -550 С; 4 -600"С; 1 - 650 С; х -нетермообработанный образец, нафиг.2 - зависимость скорости изменения приращения индукцииН=НсалаьЗНот температуры отпуска (Э - образцы,прошедшие термообработку, х - нетермообработанный образец),Сущность способа заключается вследующем.Скорость изменения приращения магнитной индукции Р 6) ( 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 (ЬВ) 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 исчезновением50 в указанном состоянии при температуре отпуска около 550 фС. При перемагничивании по предель ной петле гистерезиса в рассматриваемом состоянии происходят смещения 55 180 и 90 ф доменных границ, Наложение одноосных упругих напряжений вызывает смещение только 90 ф доменных границ 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 3 В от Н для изделий, ото 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 ф доменных границ.Таким образом, величина скорости изменения приоащения магнитной индукайв /ции/Р:Н меняется в широкоман (циапазоне от отрицательных до положительных значений в зависимости от 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 изделие 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 5-8 Ж от предела упругости контролируемого изделия, а частота на порядок превышает частоту перемагничивания.Индуцируемая в измерительной катуш-" ке ЭДС, пропорциональная изменению индукции при нагружениидНр,подается на вольтметр, выход которого через интерфейсное устройство подключен к 5 линии ЭВМ, в которой осуществляетсяВвычисление , ф (11 11 и резульаК.:,с; .тат контроля выдается на индикатор О ное табло. Величина Нс определяется предварительно по справочным или экспериментальнюм данным для контролируемого материала и вводится в ЭВМ. Результат контроля определяется сравне-,15 нием в ЭВМ вычисленной величиныров )Н Н и пороговых эиачеиий ее,ар определенных на изделиях, имеющих механические свойства на границах "годныеизделия - брак". Величина 186) / одноТ Вр а эначно зависит (фиг,2) от температуры отпуска (а следовательно, и механических свойств), причем наибольшаякрутизна этой зависимости наблюдается для температур отпуска выше 550 С. Кроме того, предлагаемый способ (фиг.2) позволяет надежно отбраковы- вать нетермообработанные изделия.. по делам изобретений и от113035, Москва, Ж, Раушска Подписноета СССРытийнаб., д,4/5