Способ контроля штампуемости листовых ферромагнитных материалов

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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.З - кривые анизотропии индукции в плоскости листов с различной,штампуемостьюпри 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 08 пс. Данные на фиг.1 и фиг.2 свидетельствуют об увеличении В с улучшением штампуемости листового ферромагнитного материала. Результаты, представленные на.фиг.З, показывают, что при неизменном В лист. с большей анизотропией обладает худшей штампуемостью, определяемой показателем фукуи , вычисленным по данным штамповки конического колпачка. Данные на фиг.4 подтверждают, что наибольшая эффективность определения штампуемости по величине В достигается при значении намагничивающего поля, соответствующе. го максимальной проницаемости материала МмаУстройство для реализации способа ( фиг.5) содержит броневой цилиндрический электромагнит 1 переменного тока, на внутреннем стержне которого помещена измерительнаякатушка 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 направления прокатки контролируемого листа 5, Плоскость витков катушек параллельна плоскости листа. Катуш. ки 3 и 4 включены последовательно- встречно. 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 ц от источника 9 для компенсации части выпрямленного сигнала, обусловленной потоками рассеяния 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 зависимость 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 индук. ции в плоскости листа 5, равную разности значений индукции вдоль и поперек направления прокатки листа 1В - В . Вычисляют отношение анизоВ -Ьи А тропии .к среднему значению (= -В и по его величине и по среднему значению магнитной индукции по всем радиальным направлениям в плоскости листа определяют штамдуемость контролируемого ферромагнитного материала, Браковочные границы для В и йри, находят экспериментально(рорпри статистическом исследовании большого массива контролируемого материала, по результатам которого строят соответствующие корреляционные зависимости. Далее по этим зависимостям определяют В, и ь(рор порисходя 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 видЕЕ,+К,М,е(,+ер,(,) (1)0(, К :где Е - энергия монокристаллавдоль оси легкого намагничивания, зависящая от химического состава и дислокационного строения материала;К, - константа анизотропии; м ме,ж- направляющие косинусы вектора намагниченности в системе координат, связаннойс кристаллом.Среднюю свободную энергию произвольно ориентированного монокристал ла в системе координат, связанной с листом, определяют интегрированием выражения (1) после преобразования координат:2 л1Ерф - 1 Е 2 Р Е е - Е(б, б 1(Л)оФЕЙ,б,бб 1, (2)1,где б - элементы матрицы переходаот системы координат, связанной с кристаллом, к системе координат, свя-занной с листом (индексы столбцовматрицы последовательно принимаютзначения 1 и 2, индексы строк - 1,2,5 З ( 1(,1 ФР, р 1 г,а Ф Ь, которые зависят от углов ориентации монокристалла аи, Яв системе координатлиста. Этими углами определяется типкристаллографическсй текстуры.10 Реальный материал представляетсобой поликристаллическое тело, вкотором отдельные кристаллы отклонены от ориентаций (р;на некоторыйугол аы;, Среднюю свободную энер 15 гию намагничивания металла определяют путем усреднения энергии монокристаллов,входящих в поликристаллЕЦЕ, р(виа р(аа,Рр(и,)ш(ьи,1(ьи,)и(аи,),20 где р (ЬЯ;) - функция плотности распределения отклонениймонокристаллов от углов Я, подчиняющаясяусловию нормировки.25 Усреднение согласно (3) приводитк выражениюЕ:Е, - ХфХ(ф 1 ФХ Рд б 1.где ьрр; - дисперсия рассеяния монокристаллов от углов ИС; - коэффициенты, зависящиеот типа текстуры,т.е.углов у;,Таким образом, средняя свободнаяэнергия намагничивания материала по .всем радиальным направлениям в плоскости листа зависит от типа и степени совершенства.кристаллографичес 40 кой текстуры и от. дислокационнойструктуры, 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 октаэдрической50 (111)О 1("и близких к ней компонентов текстуры. Расчеты, проведенныедля этих компонентов, показывают,что С,.и С положительны, а Сз О.Следовательно, с уменьшением степе 55 ни рассеяния компонентов текстуры,благоприятных, для обеспечения хорошей штампуемости, величина Е уменьшается. Величина Ео, входящая в Е,также будет уменьшаться при наличии дислокационного строения, благоприятного для обеспечения хорошей штампуемости, так как факторы, уве" личивающие 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 его намагничивания при неизменной 9напряженности поля связаны обратным законом, то уменьшение.величины Е при улучшении штампуемости листовогоферромагнитного материала приводит к возрастанию среднего значения магнитной индукции по всем радиальным направлениям в плоскости листа.В.Увеличение количества кубических компонентов текстуры (100) 0 УВ, ухудшающих штампуемость листового материала, также приводит к росту В так как Е для этих компонентовсрменьше, 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 1 анизотропия 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 и Ь 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 граници зависит от дислокационногостроения, Наиболее эффективнымбудет измерение индукции в области 1 О полей, соответствующих максимальноймагнитной проницаемости, так как вэтом случае процессы смещения и вращения протекают одновременно, и можно надежно оценить штампуемость лис тового ферромагнитного материала.Предлагаемый способ был опробо"ван в промьппленных условиях. Материал для испытаний - тонколистоваямалоуглеродистая холоднокатаная 20 сталь 08 Ю (толщина листа 0,9 -1,2 мм)предназначенная для штамповки лицевых деталей автомобилей. Нарядус предлагаемым способом штампуемость определялась по результатам 25 механических испытаний согласноГОСТ 9045-80 и неразрушающим методом по величине градиента остаточной индукции, измеряемого серийнымприбором ИМАА. Испытания показа ли,что определение штампуемостипредлагаемым способом является болееточным и надежным иэ-за более высокой чувствительности к изменениюпластических свойств материала. З 5 На фиг.б показано распределениенескольких партий с различной штампуемостью по значениям В и Ь (вусловных единицах шкалы прибора),по величине глубины выдавливания 40 лунки на аппарате Эриксена 1 Е, мм(ГОСТ 9045-80), и по значениямградиента остаточной индукции (вусловных единицах шкалы прибораИМАА).45 . Как видно из фиг.б, предлагаемый способ в отличие от известныхне приводит к попаданию годныхизделий в брак.Таким образом, предлагаемый спо 50соб позволяет повысить точность контроля штампуемости и других физико-механических свойств листовых ферромагнитных материалов.