Способ определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛАКСАЦИОННОЙ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА(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 релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала,в котором материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи, измеряют его коэрцитивную силу , а также намагниченностьтехнического насыщения и остаточную намагниченность , а затем определяют искомую релаксационную коэрцитивную силув соответствии с выражением 2 16474 1 2012.10.30 Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий из твердых материалов. Известен способ определения релаксационной коэрцитивной силыферромагнитного материала 1, согласно которомуматериала определяют в соответствии с 2 как напряженность магнитного поля, необходимого для приведения магнитного материала с остаточной намагниченностью в статически размагниченное состояние. Недостаток известного способа в низкой точности и высокой трудоемкости определенияматериала,которые обусловлены необходимостью проведения многократных измерений для приведения материала в статически размагниченное состояние. Поэтому погрешность определенияматериала (по 3 при баллистическом методе измерения на кольцевых образцах она составляет 10 ) на много превышает погрешности определения параметров предельной петли гистерезиса материала (коэрцитивной силы , остаточной намагниченностии намагниченноститехнического насыщения), которые в соответствии с 1 при соблюдении требований 4 не превышают 3 . Высокая трудоемкость определенияматериала приводит к тому, что в справочной литературе сведения обольшинства сталей отсутствуют. Низкая точность определенияматериала приводит к тому, что даже в справочной и научной литературе по результатам измерения одних и тех же авторов величинаматериала оказывается меньше или равной его , что физически невозможно. Например,стали 30 ХГСА после отпуска при 600 и 650 С по табл. 16.2 в 5 равна 10,4 и 10,1 А/см, а в соответствии с рис. 3 в 6 этой стали после отпуска при тех же температурах меньше 10 А/см. По таблице в 3 для некоторых кольцевых и ударных образцов из стали 75 Гпо результатам измерения оказалась равной . Объективная причина этого в том, что разница междуиу многих сталей меньше суммы абсолютных значений погрешностей измерения этих параметров. Известен способ определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала 7, согласно которому для повышения производительности контроля качества изделий с высокотемпературным отпуском намагничивание и размагничивание проводят по предельной петле гистерезиса и регистрируют величину размагничивающего тока, соответствующего полю возврата. Поле возврата и естьматериала. Поэтому физическая сущность и недостатки известного способа аналогичны сущности и недостаткам первого аналога. Известен способ определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала 8, согласно которому для повышения производительности определенияматериала измеряют его коэрцитивную силуи считают. Недостаток способа в низкой точности определенияматериала. Во многих практически важных применениях(например, в магнитном структурном анализе) имеет значение даже не величина , а степень превышениянад . Поэтому считатьнедопустимо. Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала 9, согласно которому материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи,измеряют его коэрцитивную силу , намагниченностьтехнического насыщения и параметр- остаточную намагниченность материала после перемагничивания полем напряженностью - и выключения этого поля, а релаксационную коэрцитивную силуматериала определяют из соотношения(1) 2(К П / 2) Недостаток способа в невысокой точности и производительности определения релаксационной коэрцитивной силыферромагнитного материала. Низкая точность определениясвязана с тем, что в соответствии с методиками 1 магнитных измерений/ погрешность измерения параметрасоставляет не менее 6 , а магнитных парамет 2 16474 1 2012.10.30 ров предельной петли гистерезиса материала (,и ) не превышает 3 . Низкая/ производительность определениясвязана с тем, что значения параметраматериалов отсутствуют в справочной литературе и для его определения надо проводить дополнительные измерения. Задачей изобретения является повышение точности и производительности определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала. Задача решена в способе определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала, в котором материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи, измеряют его коэрцитивную силу , а также намагниченностьтехнического насыщения и остаточную намагниченность , а затем определяют искомую релаксационную коэрцитивную силув соответствии с выражением 10,64(1-/)2.(2) Повышение точности определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала достигается благодаря тому, что используемое для расчета аналитическое выражение (2) содержит только параметры предельной петли гистерезиса материала, которые могут быть измерены по стандартным методикам 4 с относительной погрешностью не более 2, а отношение КП/ при измеренииис соблюдением требований 4 на одной и той же измерительной аппаратуре - с относительной погрешностью 11. Повышение производительности определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала достигается благодаря тому, что используемые для определенияпараметры ,ипредельной петли гистерезиса имеются в справочной литературе для большинства ферромагнитных материалов и при необходимости могут быть измерены по стандартным методикам, регламентированным 4. Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 представлен участок нисходящей ветви предельной петли гистерезиса ферромагнитного материала (1) и кривые возврата, соответствующие перемагничиванию материала полями - (2) и - (3). На фиг. 2 представлена зависимость отношения/ ферромагнитного материала от коэффициента КП/. Сплошная линия - расчет по (5), пунктир - расчет по (2). На фиг. 3 представлено влияние температуры отп отпуска стали 50 ХНМ на ее релаксационную коэрцитивную силу . Линия - определениепо предложенному способу. Точки - экспериментальные результаты по 8. Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерение ,иферромагнитного материала осуществляют по известным стандартным методикам, например, описанным в 1, 2. Затем результаты измерения , иматериала используют для определения его релаксационной коэрцитивной силыпо соотношению (2). Предложенный способ основан на том, что между релаксационной коэрцитивной силойферромагнитных материалов и параметрами ,иих предельной петли гистерезиса имеется взаимосвязь, определяемая соотношением (2). В обоснование этого воспользуемся формулой (19) в 10, полученной для зависимости остаточной намагниченностипо кривой возврата от напряженностиперемагничивающего поля (материал намагничен до намагниченноститехнического насыщения, затем перемагничен полем 0, после чего поле изменилось отдо 0) 16474 1 2012.10.30 где 0/(КП/2). Правомерность использования формулы (3) для расчетафизически и экспериментально обоснована в 10./ Из (3) при- получим для остаточной намагниченностиматериала после перемагничивания полем напряженностью Подставив (4) в (1), получим формулу для расчета релаксационной коэрцитивной силыферромагнитного материала 2(К П / 2)(К П / 2)(5) 2( П / 2) На фиг. 2 представлены результаты расчета по (5) влияния КП материала на отношение/. Полученные результаты показывают, что в практически важном диапазоне изменения 0,2 Кп 1 зависимость (5) практически точно может быть интерполирована функцией (2). По формуле (2) релаксационная коэрцитивная силаферромагнитного материала может быть рассчитана только по параметрам его предельной петли гистерезисаи КП/. Необходимые для расчета параметры приведены в справочной литературе практически для всех известных сталей и при необходимости могут быть с высокой точностью измерены по стандартным методикам. На фиг. 3 в качестве экспериментального обоснования предложенного способа результаты определения с его использованием зависимостистали 50 ХНМ от температуры отп отпуска после закалки в масло сопоставлены с результатами непосредственного измерения , представленными в 8 на (рис. 6 а). Значения параметров ,истали 50 ХНМ (таблица) измерены по стандартным методикам 1, 4 в пермеаметре на образцах в виде прямоугольных параллелепипедов и соответствуют данным, представленным в таблице 35.2 справочника 5. Полученные по предложенному способу и непосредственно измеренные значенияотличаются менее чем на величину 10 возможной по 3 погрешности измерения . Магнитные свойства стали 50 ХНМ, отпущенной при различных температурах отп после закалки в масло от 860 С Магнитные свойства, кА/м отп, С 16474 1 2012.10.30 В качестве примера практической реализации предложенного способа определяли с его использованиемстали 35 после закалки. После измерения по стандартным методикам 1, 4 в пермеаметре на образцах в виде прямоугольных параллелепипедов в соответствии с данными, представленным в таблице 1.1 справочника 5, получили 2,3 кА/м,1589 кА/м и 865 кА/м. Расчет по (2) позволил получить длязначение 2,606 кА/м. Полученный результат использован для расчета напряженности магнитного поля, необходимого для размагничивания изделий из этой стали после их обработки на шлифовальных станках с магнитным держателем. Использование предложенного способа позволяет определять релаксационную коэрцитивную силуферромагнитных материалов по результатам простого и точного измерения параметров ,иих предельной петли гистерезиса по стандартным методикам. Источники информации 1. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Стандарт, 1969. - 248 с. 2. ГОСТ 19693-74. Материалы магнитные. Термины и определения. - М. Стандарт,1974. - 32 с. 3. 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. - 14 с. 4. ГОСТ 8.377-80 Материалы магнитомягкие. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик. - М. Стандарт, 1986. 5. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей / Отв. редактор В.Е.Щербинин. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - 218 с. 6. Бида Г.В. Исследование структурной чувствительности релаксационных магнитных свойств ферромагнетиков. Деп.3717-В 90. - М. ВИНИТИ, 1990. - 69 с. 7.429329, МПК 01 27/80, 1974. 8. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Многопараметровые методы в магнитной структуроскопии и неразрушающем контроле механических свойств сталей // Дефектоскопия. - 2007.8. - С. 3-24. 9. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф. Расчет величины релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала // Контроль. Диагностика. - 2006. -3. - С. 14-16 (прототип). 10. Мельгуй М. А. Формулы для описания нелинейных и гистерезисных свойств ферромагнетиков // Дефектоскопия. - 1987. -11. - С. 3-10. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5