Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА ИЗДЕЛИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Сандомирский Сергей Григорьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделия, включающий измерение в разомкнутой магнитной цепи двух магнитных параметров указанного материала, одним из которых является намагниченность технического насыщения , и определение искомой остаточной намагниченности с учетом результатов измерения, отличающийся тем, что в качестве второго магнитного параметра измеряют релаксационную намагниченность , а остаточную намагниченностьопределяют в соответствии с выражением Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий из твердых материалов в разомкнутой магнитной цепи. 14963 1 2011.10.30 Известен способ определения магнитной характеристики 1, заключающийся в том,что в намагничивающей катушке устанавливают эталонный и исследуемые образцы, на которых установлены измерительные катушки, подключенные к электронно-лучевой трубке. На экране изображается петля, соответствующая разности петель гистерезиса образцов. Исходя из площади, высоты обоих концов и направления вращения полученной петли, определяют разность магнитных характеристик исследуемого и эталонного образцов. Недостаток способа в низкой точности измерения, связанной с тем, что сигналы измерительных катушек, установленных на образцах разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности ферромагнитного материала. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы образцов, определяемая их размагничивающим фактором. Известен способ определения магнитных характеристик изделия из ферромагнитного материала 2, включающий перемагничивание изделия низкочастотным магнитным полем, интегрирование и запоминание сигналов индукционной измерительной катушки,определение магнитных параметров материала изделия по результатам вычислений с использованием проинтегрированных сигналов. Недостаток способа в низкой точности измерения, связанной с тем, что сигналы катушек, установленных на изделиях разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности ферромагнитного материала. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает размагничивающий фактор изделий. Известен способ измерения остаточного магнитного потока движущихся ферромагнитных цилиндрических изделий 3, включающий перемещение изделия через измерительную катушку, выделение импульсов ЭДС в ней между двумя нулевыми значениями и между нулевым и экстремальным значением и интегрирование указанных импульсов. При этом ограничивают возможную несоосность изделия и катушки и вычисляют остаточный магнитный поток в изделии по результатам измерения. Точность измерения остаточного магнитного потока повышается за счет исключения погрешности, обусловленной зависимостью ЭДС в измерительной катушке от размеров изделия. Недостаток способа в низкой точности измерения, связанной с тем, что сигналы измерительной катушки от изделий разомкнутой формы обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности материала изделий. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает коэрцитивная сила и размагничивающий фактор изделия. Из известных наиболее близким по технической сущности является способ электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных изделий 4, заключающийся в том,что движущееся изделие намагничивают в постоянном магнитном поле, преобразуют в электрический сигнал изменение индукции в процессе намагничивания изделия, при отсутствии намагничивающего поля преобразуют в электрический сигнал изменение индукции, вызванное движением изделия вне намагничивающего поля, выделяют из полученных сигналов импульсы одной полярности и интегрируют их. Результаты интегрирования пропорциональны максимальной и остаточной намагниченности изделия при намагничивании. Недостаток способа в низкой точности измерения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделий в разомкнутой магнитной цепи. При достаточно большой напряженности намагничивающего поля результат интегрирования первого однополярного импульса напряжения пропорционален намагниченности технического насыщения материала изделия. Результат интегрирования второго однополярного импульса напряжения практически пропорционален коэрцитивной силе материала изделия. Это связанно с тем, что сигналы измерительной катушки от изделий разомкнутой формы с достаточно большим размагничивающим фактором обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности их материала. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает коэрцитивная сила и размагничивающий фактор изделия. 2 14963 1 2011.10.30 Задачей изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделий в разомкнутой магнитной цепи путем измерения магнитных параметров изделия, не чувствительных к его размагничивающему фактору. Задача решена в способе определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделия, включающем измерение в разомкнутой магнитной цепи намагниченности технического насыщенияи релаксационной намагниченностии определение остаточной намагниченностив соответствии с выражением Повышение точности определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделия в разомкнутой магнитной цепи достигается благодаря тому, что магнитные параметры, измеренные в соответствии с предложенным способом, не чувствительны к размагничивающему фактору изделия, а их математическая комбинация в соответствии с формулой (1) позволяет повысить чувствительность к остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделия. Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 представлен участок нисходящей ветви предельной петли гистерезиса ферромагнитного материала (1) и изделия из него (2) и кривая возврата, соответствующая перемагничиванию материала полем, равным его релаксационной коэрцитивной силе(3). На фиг. 2 результаты измерения в замкнутой магнитной цеписталей 30, 45, 38 ХГН,40 и 50 ХНМ после различных режимов отпуска и закалки сопоставлены с результатами расчетатех же материалов по формуле (1). Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерение магнитных параметровиферромагнитного изделия в разомкнутой магнитной цепи осуществляют по известным методикам, например, описанным в 5, 4 или 6. Затем результаты измерения параметровиферромагнитного изделия используют для определения остаточной намагниченностиего материала по формуле (1). Сущность предложенного способа в следующем. Предельная петля гистерезиса ферромагнитного изделия отличается от предельной петли гистерезиса материала (фиг. 1) если намагниченности технического насыщенияи коэрцитивные силыобеих петель гистерезиса равны, то остаточная намагниченностьреальных изделий из конструкционных ферромагнитных материалов существенно (в десятки раз) меньшеего материала. Поэтому использование результата измерениядля получения информации оконструкционных ферромагнитных материалов не может привести к получению достоверных результатов. Релаксационная намагниченностьматериала - намагниченность, соответствующая релаксационной коэрцитивной силе(фиг. 1), используется в магнитном структурном анализе 7. Учитывая, чтоматериала и изделия равны (фиг. 1), разработана методика измеренияматериала в открытой магнитной цепи 5. Однакоконструкционных ферромагнитных материалов (сталей) не является независимым магнитным параметром. В соответствии с настоящим изобретением междуисталей имеется корреляционная взаимосвязь, определяемая уравнением (1). В подтверждение этого на фиг. 2 результаты расчетапо (1) сопоставлены с результатами измерениясталей 30, 45, 38 ХГН,40 и 50 ХНМ после различных режимов отпуска и закалки. Использованы все 83 результата измерения ,ииз табл. 1.1 3.1 21.1 21.2 26.2 и 35.2 справочника 7. Статистическая обработка представленных на фиг. 2 результатов показала, что коэффициент корреляции линейного уравнения регрессии (эксперимент)(расчет) составляет 0,94, а расхождение рассчитанной по (1) и экспериментальной величиныв большинстве случаев не превышает возможной в соответствии с 5 и 6 погрешности измерения магнитных параметров , ис учетом их комбинации в (1). 3 14963 1 2011.10.30 В качестве примера реализации предложенного способа определялипластины сечением 2 мм 20 мм длиной 100 мм из стали 30, закаленной от 860 С и отпущенной при 300 С. Центральный коэффициент размагничиваниятакого изделия оценен величиной 0,009 8. Намагниченность технического насыщениястали 30 не может превышать 1750 кА/м, а коэрцитивная сила- 3 кА/м. Поэтому, в соответствии с известным 9 соотношением между внутренними внешнимнамагничивающим полем ферромагнитного тела, материал измеряемого изделия заведомо намагничен до технического насыщения в поле 1046 кА/м. Создание такого намагничивающего поля для измеряемого изделия не представило технических трудностей, при этом результат измерения параметровисоответствовал результату их измерения по стандартным методикам (табл. 1.1 в 7)181,8 кА/м,1652 кА/м. Расчет по(1) позволил получить следующее значениематериала измеряемого изделия в соответствии с предложенным способом 1056,3 кА/м. Полученное значениеменее чем на 5 отличается от значения 1007 кА/м, приведенного для материала измеряемого изделия в справочной литературе (табл. 1.1 в 7). Использование разработанного способа позволит определять остаточную намагниченностьматериала изделий в разомкнутой магнитной цепи, когда ее измерение по стандартным методикам невозможно. Источники информации 1. Заявка Японии 49-20557, 1974. 2. Патент РБ 10534, 2008. 3.1486967, 1989. 4.1078310, 1984 (прототип). 5. Царькова Т.П., Бида Г.В., Костин В.Н. Измерение релаксационной коэрцитивной силы и релаксационной магнитной индукции на образцах разомкнутой формы. Деп.7483 - В 87. - М. ВИНИТИ, 1987. - С. 14. 6. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Изд. Стандартов, 1969. - С. 248. 7. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - С. 218. 8. Сандомирский С.Г. Рекомендации по применению в технических расчетах формул для центрального коэффициента размагничивания сплошных и полых цилиндров, стержней и пластин из материала с высокой магнитной проницаемостью (обзор)//Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2008. -3. - С. 38-46. 9. Аркадьев В.К. Электромагнитные процессы в металлах. - М.-Л. ОНТИ, 1934. Ч. 1. С. 230. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5