Способ определения остаточной намагниченности материала стального изделия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ 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 остаточной намагниченности материала стального изделия,включающий измерение в разомкнутой магнитной цепи двух магнитных параметров указанного изделия, одним из которых является намагниченность технического насыщения, и определение искомой остаточной намагниченности с учетом результатов измерения,отличающийся тем, что в качестве второго магнитного параметра изделия измеряют его коэрцитивную силу НС, а остаточную намагниченностьопределяют в соответствии с соотношением 5750,357,50,1202000,237,5375 ,15510 1 2012.02.28 Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий, преимущественно изделий из твердых материалов в разомкнутой магнитной цепи. 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 достоверности результата определения остаточной намагниченности материала стального изделия, связанной с тем, что сигналы измерительных катушек, установленных на образце разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности ферромагнитного материала образца. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы образцов, определяемая их размагничивающим фактором. 15510 1 2012.02.28 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 остаточной намагниченности материала стального изделия,связанной с тем, что, как и в вышеописанном способе, сигналы измерительных катушек,установленных на изделиях разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделий. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы изделий, определяемая их размагничивающим фактором. Известен способ измерения остаточного магнитного потока движущихся ферромагнитных цилиндрических изделий 3, включающий перемещение изделия через измерительную катушку, выделение из сигнала катушки импульсов 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 сигнала в измерительной катушке от размеров изделия. Недостаток способа - в низкой достоверности результата измерения остаточной намагниченности материала стального изделия, 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 определения остаточной намагниченности материала стального изделия, реализованный в способе 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 невысокой достоверности результата определения остаточной намагниченности материала стальных 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 пропорционален остаточной намагниченности изделия, которая пропорциональна коэрцитивной силе, а не остаточной намагниченности материала изделия. Это связано с тем, что сигналы измерительной катушки от стальных 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. Задачей изобретения является повышение достоверности определения остаточной намагниченности материала стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи путем измерения магнитных параметров изделия, нечувствительных к его размагничивающему фактору. Задача решена в способе определения остаточной намагниченности материала стального изделия, включающем измерение в разомкнутой магнитной цепи двух магнитных 2 15510 1 2012.02.28 параметров указанного изделия, одним из которых является намагниченность технического насыщения , и определение искомой остаточной намагниченности с учетом результатов измерения, отличающемся тем, что в качестве второго магнитного параметра изделия измеряют его коэрцитивную силу , а остаточную намагниченностьопределяют в соответствии с соотношением 5750,357,50,1202000,237,5375 ,(1) где ,ивыражены в кА/м. Повышение достоверности определения остаточной намагниченности материала стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи достигается благодаря тому, что магнитные параметрыи , измеренные в соответствии с предложенным способом, нечувствительны к размагничивающему фактору изделия, а их математическая комбинация в соответствии с соотношением (1) определяет середину достоверного диапазона возможного изменения остаточной намагниченностиматериала стального изделия, имеющего измеренные величиныи . Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 изображена зависимость результатовизмерения остаточной намагниченностисталей от их намагниченноститехнического насыщения. Сплошные линии определяют достоверный диапазон возможного изменения Мг при известном значениисталей. На фиг. 2 изображена зависимость результатовизмерения остаточной намагниченностисталей от их коэрцитивной силы . Сплошные линии определяют достоверный диапазон возможного измененияпри известном значениисталей. На фиг. 3 справочные данные для зависимости магнитных параметров ,и цементированной стали 12 Х 2 Н 4 А от температуры отп отпуска сопоставлены с результатамиприменения предложенного способа для расчета зависимости (отп) этой стали. На фиг. 4 результатыопределения по предложенному способу зависимостистали 08 Ю от температуры отж отжига по результату измерения параметров ,на пластинах размером 200201 мм в открытой магнитной цепи сопоставлены с результатамиопределения зависимости (отж) этой стали известным способом. Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерениеистального изделия в разомкнутой магнитной цепи осуществляют по известным методикам,например, описанным в 5. Затем результаты измеренияистального изделия используют для определения остаточной намагниченностиего материала по соотношению (1). Сущность предложенного способа в следующем. Предельная петля гистерезиса стального изделия отличается от предельной петли гистерезиса его материала если намагниченности технического насыщенияи коэрцитивные силыобеих петель гистерезиса равны, то остаточная намагниченностьреальных 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 междусталей, ихиимеется корреляционная связь, определяющая пределы возможного изменения параметрапри известных значенияхи . Результат расчета параметрапо уравнению (1) представляет собой середину возможного достоверного диапазона измененияпри известных значенияхи . В подтверждение этому на фиг. 1 и 2 результаты измерениясталей 30, 45, 10 ХСНД,15 ХН 5 МФ, 25 Х 1 МФ, 30 ХГСА, 30 ХГСНА, 30 ХМА, 38 ХГН, 38 ХМЮА, 38 ХС, 40 Х,40 Х 1 НВА, 50 ХНМ, 50 ХН 1 М, 40 Х 10 С 2 М, 12 Х 2 Н 4 А, 12 Х 2 Н 4 А цементированной,18 Х 2 Н 4 ВА, 18 Х 2 Н 4 ВА цементированной, 18 ХГТ, 27 СГ, 45 Х, 30 ХН 3 А, 30 ХМА, 60 С 2,3 15510 1 2012.02.28 65 Г, У 7 А, У 10 А, 95 Х 18 и 9 ХГВ после различных режимов отпуска и закалки, а также отожженных углеродистых сталей сопоставлены с результатами измеренияиэтих сталей. Использованы 593 результата измерения ,ииз табл. 1.1, 1.3, 7.2, 9.1,14.1-14.4, 16.1-16.2, 17.2, 18.4, 21.1, 21.2, 22.1, 22.2, 24.3, 24.4, 26.2,28.2, 35.1, 35.2, 36.1,36.2, 51.5-51.8 справочника 6, рис. 1-48 справочника 7 и табл. 2 справочника 8. По диапазону изменения магнитных свойств 2001350, 5001707 и 0,0717,43 (здесь и далее все магнитные параметры выражены в кА/м) использованные для анализа материалы охватывают практически весь диапазон изменения магнитных свойств сталей. Анализ результатов, представленных на фиг. 1, показывает, что достоверные значениясталей заключены в следующем диапазоне их изменения (ограниченном на фиг. 1 сплошными линиями)(2) 0,40,8. Анализ результатов, представленных на фиг. 2, показывает, что практически все достоверные значениясталей заключены в следующем диапазоне их изменения (ограниченном на фиг. 2 сплошными линиями)(3) 80(10-)150(10-). Следовательно, достоверные значениясталей, с учетом измерения обоих параметрови , заключены в следующем возможном диапазоне их изменения(4) 0,480(10-)0,8150(10-). Значения , рассчитанные по (1), представляют собой средние значения достоверного интервала (4) возможного диапазона изменения . Значениемаксимально возможной относительной погрешности определения значенияпо предложенному способу может быть рассчитано по соотношению 7000,4700,8150(10)0,480(10)(5) 23001,22300,8150(10)0,480(10) В обосновании правомерности применения разработанного способа на фиг. 3 справочные данные (по рис. 4-6 в 7) для зависимости магнитных параметров ,ицементированной стали 12 Х 2 Н 4 А от температуры отп отпуска сопоставлены с результатами расчета зависимости (отп) этой стали с использованием соотношения (1). Полученные результаты показывают, что рассчитанная зависимость (отп) качественно верно повторяет справочную зависимость (отп), а количественно относительное отклонение результатов расчетаот справочных значений существенно меньше рассчитанного по формуле (5) максимально возможного значения 0,220,29. В качестве примера реализации предложенного способа определяли зависимость(отж) стали 08 Ю по результатам измеренияипластин сечением 220 мм и длиной 200 мм из этой стали, отожженных при различных температурах отж. Измерение всех параметров осуществлено при намагничивании образцов в открытой магнитной цепи соленоида баллистической установки БУ-3 9. Напряженность намагничивающего поля(32 кА/м) по оценкам 10 достаточна для намагничивания образцов указанного размера до технического насыщения. На фиг. 4 результаты расчета зависимости (отж) стали 08 Ю соотношения (1), согласно разработанному способу (сплошная линия), и расчета с использованием (5) возможного диапазона отклонения действительного значенияот рассчитанного(пунктирные линии) сопоставлены с результатами определения зависимости (отж) этой стали известным способом (как остаточной намагниченностиобразцов) 9. Представленные данные показывают, что результат определения зависимости (отж) стали 08 Ю известным способом по остаточной намагниченностиобразцов конечных размеров после намагничивания до технического насыщения является не достоверным,так как находится далеко за пределами возможного диапазона изменения остаточной 4 15510 1 2012.02.28 намагниченностисталей, имеющих заданныеи . Напротив, результат определения зависимости (отж) стали 08 Ю предложенным способом является достоверным, так как все результаты измерения соответствуют середине возможного диапазона изменения остаточной намагниченностисталей, имеющих заданныеи . Максимально возможное относительное отклонение 0,180,22 между результатами расчета по (1) и действительным значениемприемлемо для многих практических задач. Использование разработанного способа позволит определять остаточную намагниченностьматериала стальных 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. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Изд. Стандартов, 1969. - 248 с. 6. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - 218 с. 7. Белов Н.Я., Вишнякова Е.М., Лаврентьев Л.С. и др. Магнитные и электрические свойства конструкционных и низколегированных сталей. - Л. Ленинградский дом научнотехнической пропаганды, 1969. - 36 с. 8. Михеев М.Н., Морозова В.М. Магнитные и электрические свойства стали после различных видов термообработки. - М. ОНТИ по приборостроению ЦНИИКА, 1964. - 46 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.