Способ определения максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА СТАЛЬНОГО 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 максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия, в котором изделие намагничивают, измеряют магнитный параметр изделия в открытой магнитной цепи и определяют искомую максимальную магнитную проницаемость с учетом результата измерения, отличающийся тем, что в качестве магнитного параметра измеряют коэрцитивную силу , кА/м, а искомую максимальную магнитную проницаемостьопределяют в соответствии с выражением 0 , 2851350004. 15831 1 2012.04.30 Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий из твердых материалов в открытой магнитной цепи. Известен способ определения магнитной характеристики 1, заключающийся в том,что в намагничивающей катушке устанавливают эталонный и исследуемый 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 достоверности результата определения максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия, связанной с тем, что сигналы измерительных катушек, установленных на образцах разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к максимальной магнитной проницаемости 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 достоверности результата определения максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия, связанной с тем, что, как и в вышеописанном способе, сигналы измерительных катушек, установленных на изделиях разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к максимальной магнитной проницаемости ферромагнитного материала. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы изделий, определяемая их размагничивающим фактором. Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения максимальной магнитной проницаемости ферромагнитного материала 3, заключающийся в том, что изделие из контролируемого материала намагничивают в изменяющемся магнитном поле в открытой магнитной цепи, в процессе изменения намагничивающего поля измеряют изменение индукции в изделии, определяют максимальное значение отношения индукции в изделии и намагничивающего поля в процессе намагничивания, по величине которого судят о максимальной магнитной проницаемости ферромагнитного материала. Недостаток способа - в невысокой достоверности результата определения максимальной магнитной проницаемости материала стальных изделий, связанной с тем, что результат измерения максимальной магнитной проницаемости стальных изделий в открытой магнитной цепи обладает низкой чувствительностью к максимальной магнитной проницаемости материала изделий. Определяющее влияние на этот результат оказывает проницаемость формы изделий, определяемая их размагничивающим фактором. Известный способ применим только для слабомагнитных материалов или изделий с очень малым размагничивающим фактором. Применение известного способа для определения максимальной магнитной проницаемости материала реальных стальных изделий не приводит к получению достоверных результатов. Задачей изобретения является повышение достоверности определения максимальной магнитной проницаемости материала стальных изделий в открытой магнитной цепи путем измерения магнитного параметра изделия, не чувствительного к его размагничивающему фактору. Задача решена в способе определения максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия, в котором изделие намагничивают, измеряют магнитный параметр изделия в открытой магнитной цепи и определяют искомую максимальную магнитную проницаемость с учетом результата измерения, отличающемся тем, что в каче 2 15831 1 2012.04.30 стве магнитного параметра измеряют коэрцитивную силу , кА/м, а искомую максимальную магнитную проницаемостьопределяют в соответствии с выражением 0 , 2851350004. Повышение достоверности определения максимальной магнитной проницаемости материала стальных изделий в открытой магнитной цепи достигается благодаря тому, что магнитный параметр , измеренный в соответствии с предложенным способом, не чувствителен к размагничивающему фактору изделия, а результат вычисления максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия по соотношению (1) с высокой достоверностью соответствует действительной величине максимальной магнитной проницаемости материала стального изделия, имеющего измеренную величину . Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 приведена зависимость максимальной магнитной проницаемостиот коэрцитивной силысталей с 1000.и- данные по 4-7 и результаты расчета по(1) при тех же значениях . На фиг. 2 та же зависимость дана для сталей с 1 кА/м. На фиг. 3 изображена зависимость между результатамирасчета по (1) максимальной магнитной проницаемости анализируемых сталей и результатами 4, 5 измеренияэтих сталей. На фиг. 4 справочные 4 данные для зависимостиистали 30 от температуры отп отпуска сопоставлены с результатамиопределения зависимости (опт) этой стали по соотношению (1). Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерениестального изделия в разомкнутой магнитной цепи осуществляют по известным методикам, например,описанным в 3. Затем результаты измерениястального изделия используют для определения максимальной магнитной проницаемостиего материала по соотношению (1). Сущность предложенного способа в следующем. Основная кривая намагничивания и предельная петля гистерезиса стального изделия отличаются от основной кривой намагничивания и предельной петли гистерезиса его материала если коэрцитивные силыобеих петель гистерезиса равны, то максимальная магнитная проницаемостьреальных стальных изделий существенно (во много раз) меньшеего материала. Поэтому использование результата измерениястальных изделий для получения информации оих материала приводит к получению недостоверных результатов. В соответствии с настоящим изобретением междуисталей имеется тесная корреляционная связь, определяющая пределы возможного изменения параметрапри известном значении . Результат расчета параметрапо соотношению (1) представляет собой наиболее вероятное значениестали при известном значении . В подтверждение этого на фиг. 1 результаты измеренияэлектротехнических (Э,ЭА, Э 11, Э 21, Э 31, Э 41, ЭАА, Э 45, Э 46, Э 47) 6 и углеродистых 5 сталей, технического железа 7, сталей 30, 45, 15 ХНМФ, 251 МФ, 30 ХМА, 38 ХГН, 38, 50, 501 и 9518 после различных режимов закалки и отпуска 4 сопоставлены с результатами измеренияэтих сталей. При анализе использованы результаты измерения параметрови 324 различных материалов, представленных в таблицах 25,2 7 2 5 1 - 1 6 и 1,1,1,3, 9,1, 14,1-14,4, 18,4, 21,1, 21,2, 24,3, 24,4, 35,1, 35,2, 36,1, 36,2, 51,5-51,8 4. Для электротехнических сталей использованы средние значения магнитных параметров по 6. По диапазону изменения магнитных свойств (1910 000 и 0,02, кА/м 7,43) проанализированные материалы охватывают практически весь диапазон изменения магнитных свойств сталей. 3 15831 1 2012.04.30 Анализ представленных на фиг. 1 и 2 результатов показывает, что в исследованном диапазоне изменения магнитных свойств сталей зависимостьможно аппроксимировать соотношением (1). Достоинством аппроксимации (1) относительно других возможных, кроме физически верного значения 1 присо и хорошего описания результатов экспериментов,является то, что при 0,08 кА/м результаты расчета по (1) практически точно приводят к значению 5000, совпадающему со справочными данными для технического железа,отожженного при отж 950 С 7. На фиг. 3 результатырасчетапо (1) сопоставлены с экспериментом дляисследованных сталей. Полученные данные свидетельствуют о весьма точном описании реально существующей корреляционной связи междуисоотношением (1). Коэффициенткорреляции в линейном уравнении регрессиипри статистической обработке результатов, представленных на фиг. 3 (по 313 из указанных выше материалов,кроме электротехнических сталей), составил около 0,976. Расхождение между результатами расчета по (1) и эксперимента в большинстве случаев не превышает суммы возможных погрешностей измерения параметрови( 9 ) по стандартным методикам в замкнутой магнитной цепи 3 и редко выходит за пределы 20 . Достоверность определениястали по еепо соотношению (1), учитывая широкий диапазон изменения определяемого и измеряемого параметров ( изменялось в 370 раз, а- в 500 раз), следует признать высокой. Полученный результат обосновывает правомерность определениясталей по предложенному способу. Для определенияматериала изделий в соответствии с предложенным способом нет необходимости проводить эксперименты на специально подготовленных образцах в замкнутой магнитной цепи. Информация может быть получена по результатам измерениястальных изделий в открытой магнитной цепи в соответствии с 3, с использованием приставного электромагнита 8 или справочных данных о 4-8. В обосновании правомерности предложенного способа на фиг. 4 справочные по табл. 1.1 в 4 данные для зависимостистали 30 от температуры отп отпуска сопоставлены с результатами применения способа для определения зависимости (отп) этой стали. Полученные результаты показывают, что определенная зависимость (отп) качественно верно повторяет справочную зависимость (отп), а количественно относительное отклонение результатов расчетаот справочных значений не превышает суммы возможных погрешностей измерения параметрови( 9 ) по стандартным методикам в замкнутой магнитной цепи. В качестве примера реализации предложенного способа определялистали 08 Ю,отожженной при отж 700 С, по результатам измеренияпластины сечением 220 мм и длиной 200 мм из этой стали. Измерение параметров (209 А/м и 570) пластины осуществлено при ее намагничивании в открытой магнитной цепи соленоида баллистической установки БУ-3 9. Напряженность намагничивающего поля (32 кА/м) по оценкам 10 достаточна для намагничивания образца указанного размера до технического насыщения. Но результат определениястали 08 Ю, отожженной при отж 700 С известным 3, 9 способом пообразца конечных размеров, является недостоверным, хотя и включен в справочные данные (рис. 12.1 в 8). Он находится далеко за пределами возможного диапазона изменениясталей, имеющих заданную . Результат определениястали 08 Ю, отожженной при отж 700 С, по предложенному способу составляет 2706 и является достоверным. Он соответствует значениямматериалов аналогичного состава с аналогичными магнитными свойствами (например,согласно табл. 2 в 5, отожженная углеродистая сталь при содержании углерода 0,23 имеет 188 А/м и 2920). 4 15831 1 2012.04.30 Использование предложенного способа позволит определять максимальную магнитную проницаемостьматериала стальных изделий в открытой магнитной цепи, когда ее измерение по стандартным методикам невозможно. Источники информации 1. Заявка Японии 49-20557, 1974. 2. Патент РБ 10534, 2008. 3. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Изд. Стандартов, 1969. - 248 с. (прототип). 4. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - 218 с. 5. Михеев М.Н., Морозова В.М. Магнитные и электрические свойства стали после различных видов термообработки. - М. ОНТИ по приборостроению ЦНИИКА, 1964. - 46 с. 6. Белов М.И., Чежегов Ю.В. Магнитомягкие материалы при симметричном перемагничивании. - Саратов Изд. Саратовского универс., 1978. - 190 с. 7.... - , 1989. - 440 . 8. Неразрушающий контроль Справочник. В 8 т./ Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.6. М. Машиностроение, 2006. - 848 с. 9. Мельгуй М.А., Шидловская Э.А., Востриков А.А. и др. Неразрушающий контроль механических свойств сталей для глубокой штамповки // Сталь. - 1977. -2. - С. 167-170. 10. Сандомирский С.Г. Выбор величины намагничивающего поля при магнитоструктурном анализе ферромагнитных изделий // Дефектоскопия. - 1991. -7. - С. 42-48. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5