Способ многопараметрового импульсного магнитного контроля твердости изделия из ферромагнитной стали

СПОСОБ МНОГ ОПАРАМЕТРОВОГ О ИМПУЛЬСНОГ О МАГ НИТНОГ О КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОИ СТАЛИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Мельгуй Михаил Александрович Любарец Алексей Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Способ многопараметрового импульсного магнитного контроля твердости изделия из ферромагнитной стали, включающий локальное намагничивание контролируемого изделия первой и второй сериями импульсов магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности изделия, возрастающих и убывающих в пределах серии по амплитуде соответственно, измерение градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности изделия после окончания второй серии и определение твердости в соответствии с заранее найденной корреляционной зависимостью, связывающей твердость с измеренными значениями, отличающийся тем, что после воздействия двух указанных серий импульсов на тот же участок изделия воздействуют третьей серией возрастающих по амплитуде импульсов того же соленоида с полярностью, противоположнойПОЛЯРНОСТИ ИМПУЛЬСОВ ПСрВОЙ И ВТОрОЙ ССрИЙ, ПрОИЗВОДЯТ ДОПОЛНИТСЛЬНОС ИЗМСРСНИС градиентов нормальной составляющей напряженности ПОЛЯ остаточной намагниченности как ПОСЛС окончания ПСрВОЙ ССрИИ ИМПУЛЬСОВ, так И ПОСЛС каждого импульса ТРСТЬСЙ серии, а В качестве КОррСЛЯЦИОННОЙ зависимости ИСПОЛЬЗУЪОТ уравнение МНОЖССТВСННОЙ КОррСЛЯЦИИ.Изобретение относится К исследованиям физических и химических свойств материалов и сплавов и может быть использовано на машиностроительных и металлургических предприятиях для неразрушающего контроля твердости изделий из ферромагнитных сталей, содержащих углерода более 0,3 и подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки, например рессорно-пружинных сталей.Известен способ импульсного магнитного контроля механических свойств изделий из ферромагнитных сталей, заключающийся в намагничивании их серией импульсов магнитного поля постоянной амплитуды, создаваемых соленоидом, ось которого перпендикулярна поверхности изделия, измерении градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности над Центром намагниченного участка, по величине которого судят о свойствах контролируемого изделия 1.Недостатком известного способа является невозможность контроля твердости изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки (например, рессорно-пружинных сталей), из-за неоднозначной зависимости градиента напряженности поля остаточной намагниченности от твердости этих сталей, подвергнутых отпуску при разных температурах.Известен способ импульсного магнитного контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, при котором изделие намагничивают серией импульсов магнитного поля с изменяющейся амплитудой, создаваемых соленоидом, ось которого перпендикулярна поверхности изделия, при этом амплитуду импульсов в серии сначала увеличивают до максимальной, а затем уменьшают до минимальной величины, а о свойствах изделия судят по величине нормальной составляющей градиента напряженности магнитного поля ТНГО, измеренного над Центром намагниченного участка 2 после последнего намагничивающего импульса (прототип).Недостатком известного способа является невозможность контроля твердости изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки (например, рессорно-пружинных сталей), из-за неоднозначной зависимости ТНЮ от температуры термообработки и твердости изделий из этих сталей после отпуска при разных температурах.Цель настоящего изобретения - обеспечение возможности контроля твердости изделий с содержанием углерода более 0,3 , подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки, например из рессорно-пружинных сталей.Сущность изобретения заключается в том, что изделие локально намагничивают сначала первой серией возрастающих по амплитуде, затем второй серией убывающих по амплитуде импульсов магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, затем на тот же участок изделия воздействуют третьей серией возрастающих по амплитуде импульсов того же соленоида с полярностью, противоположной полярности первой и второй серий, измеряют градиенты напряженности поля остаточной намагниченности после окончания первой и второй серий, а также после воздействия каждого импульса третьей серии и по заранее найденному уравнению множественной корреляции определяют твердость.На фиг. 1 показано изменение амплитуды импульсов во времени по настоящему изобретению.На фиг. 2 показана зависимость измеряемого градиента напряженности поля остаточной намагниченности от амплитуды импульсов.На фиг. 3 показана одна из возможных структурных схем устройства для реализации способа.На фиг. 4 показана зависимость твердости НКС, измеренной прямым методом, твердости НКСР, рассчитанной по уравнению множественной корреляции, а также градиента ТНЮ (по прототипу) от температуры отпуска образцов рессорно-пружинной стали 6 ОС 2,закаленных от 870 С.На фиг. 5 показана корреляционная связь между твердостью НКСр, вычисленной по уравнению множественной корреляции, и твердостью НКС, измеренной твердомером Ро квелла для образцов стали 60 С 2 размером 1290120 ммз, закаленных от 870 С и отпущенных в интервале температур от 100 до 600 С.Способ осуществляют следующим образом. Испытуемое изделие в исходном состоянии после термообработки (закалка плюс отпуск) намагничивают первой серией импульсов с возрастающей от нуля до НК амплитудой (фиг. 1). УНТ изменяется по кривой 1(фиг. 2). После окончания первой серии (фиг. 1) измеряют градиент ТНШ (фиг. 2) нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности. Продолжают намагничивать второй серией импульсов с убывающей от НК до минимальной амплитудой(фиг. 1), УНТ изменяется по кривой 2 (фиг. 2). Измеряют градиент НЮ нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности после окончания второй серии. Продолжают воздействие на тот же участок изделия третьей серией возрастающих по амплитуде импульсов того же соленоида (фиг. 1) с полярностью, противоположной полярности первой и второй серий, Н, изменяется по кривой 3 (фиг. 2). Измеряют градиенты ТНЙ напряженности полей остаточной намагниченности после каждого импульса Нд,где 1 1, 2, 3 , третьей серии. По измеренным градиентам напряженности полей остаточной намагниченности и заранее установленному уравнению множественной корреляции определяют твердость.При испытании образцов изделий из стали 60 С 2, закаленных от 870 С и отпущенных в интервале температур от 100 до 600 С, заранее установлено четырехпараметровое уравнениеНКСР 48,71 - 0,1567 Н,о 0,2337 Нг 1 0,3497 Нг 2 - 0,4347 Нг 3, при этом коэффициент корреляции К 0,98, дисперсия В 1,69.Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства,структурная схема которого показана на фиг. 3.Устройство содержит блок 1 управления, программируемый генератор 2 импульсов тока, намагничивающий соленоид 3, внутри которого на оси расположен феррозондградиентометр 4, измерительный блок 5, блок памяти 6, вычислительный блок 7, индикатор 8.Для реализации предлагаемого способа устанавливают преобразователь устройства,состоящий из соленоида 3 и расположенного на его оси феррозонда-градиентометра 4, на поверхность испытуемого изделия так, что ось соленоида перпендикулярна его поверхности. Включают блок 1 управления, который запускает программируемый генератор 2 импульсов тока, изменяющихся во времени, как показано на фиг. 1, и формируют импульсы управления. Импульсы тока, проходя через намагничивающий соленоид 3 преобразователя, создают импульсное магнитное поле, которое намагничивает и перемагничивает локальную область испытуемого изделия (изделие на фиг. 3 не показано). Электрический сигнал феррозонда-градиентометра 4, вторая гармоника которого пропорциональна градиенту напряженности поля локальной остаточной намагниченности изделия, поступает на измерительный блок 5. С измерительного блока 5 сигналы, пропорциональные НЖ, ТНГО и УНЙ, поступают в блок памяти 6, где в соответствии с импульсами управления запоминаются те из них, которые включены в уравнение множественной корреляции. После окончания последнего импульса по сигналу с блока управления запомненные электриче 3ские сигналы поступают в вычислительный блок 7, где происходит вычисление по заранее установленному уравнению множественной корреляции, и результат вычисления поступает на индикатор 8, который выдает информацию о твердости в единицах НКС или НВ.При новом пуске блока управления 1 все блоки устанавливаются в исходное состояние и процесс измерения можно повторить.Как видно из фиг. 4, для образцов стали 60 С 2 размером 1290120 ммз, закаленных от температуры 870 С и отпущенных в интервале температур от 100 до 600 С, величина УНГО (по прототипу) не имеет однозначной зависимости от температуры отпуска, в то время как величина твердости НКСР, определенная по результатам измерения ТНГО, и ТНЙ с использованием множественного корреляционного анализа, так же, как и твердость НКС, измеренная методом прямых измерений, однозначно зависят от температуры отпуска, и между ними существует корреляционная связь, которая показана на фиг. 5 для исследованных образцов.Близкое к единице значение коэффициента корреляции К 0,98 и малая величина дисперсии В 1,69 гарантируют возможность неразрушающего контроля твердости многопараметровь 1 м импульсным магнитным методом.Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является расширение области применения импульсного магнитного метода контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов на класс сталей, содержащих углерода более 0,3 , подвергаемых закалке и высокотемпературному отпуску и не имеющих однозначной зависимости между твердостью и стандартными магнитными параметрами.1. Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств сталей. - Мн. Наука и техника, 1980. - С. 140-175. 2. А.с. СССР 708795, 1982.