Способ определения релаксационной магнитной восприимчивости ферромагнитного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛАКСАЦИОННОЙ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ 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 магнитной восприимчивости ферромагнитного материала, в котором материал намагничивают до технического насыщения, измеряют его коэрцитивную силуи определяют релаксационную магнитную восприимчивостьс учетом результата измерения, отличающийся тем, что материал намагничивают в замкнутой магнитной цепи, дополнительно измеряют его намагниченностьтехнического насыщения и остаточную намагниченность , а искомую величинуопределяют в соответствии с выражением 16476 1 2012.10.30 Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий из твердых материалов. Известен способ определения релаксационной магнитной восприимчивостиферромагнитного материала 1, согласно которому материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи, измеряют релаксационную коэрцитивную силуматериала (напряженность магнитного поля, необходимого для приведения магнитного материала с остаточной намагниченностью в статически размагниченное состояние) и релаксационную намагниченностьматериала (намагниченность материала, соответствующую релаксационной коэрцитивной силе ), а релаксационную магнитную восприимчивостьматериала определяют из соотношения(1)/. Результат определенияобладает и структурной, и фазовой чувствительностью и рекомендован для использования в многопараметровых методах магнитной структуроскопии 2. Недостаток известного способа в низкой точности и высокой трудоемкости определенияматериала, которые обусловлены необходимостью проведения многократных измерений для приведения материала в статически размагниченное состояние. Относительная погрешностьопределенияматериала (в соответствии с 3 при баллистическом методе измерения на кольцевых образцахопределениясоставляет 10 , а- 8 ) при определении по (1) составляет 18 и на много превышаетопределения магнитных параметров предельной петли гистерезиса материала (коэрцитивной силы , остаточной намагниченностии намагниченности технического насыщения ), которые в соответствии с 4 при соблюдении требований 5 не превышают 3 . Высокая трудоемкость определенияматериала приводит к тому, что в справочной литературе сведения обольшинства ферромагнитных материалов отсутствуют. Низкая точность определенияматериала приводит к тому, что даже имеющиеся в справочной литературе данные омногих сталей являются физически недостоверными. Так, по определению 6 для любых ферромагнитных материалов.(3). Но неравенство (3) не выполняется для многих результатов измерения в 1 для стали 20 Н 2 М, закаленной от 860 С и отпущенной при 650 С (табл. 11.3), стали 38 ХГН, закаленной от 700 С без отпуска (табл. 21.1) и отпущенной при 750 С после закалки(табл. 26.2), стали 40 ХН 2 МА отпущенной при 675 С после закалки (табл. 29.2), стали Н 18 К 9 М 5 Т, состаренной при температурах 625, 650 и 675 С после закалки (табл. 54.1) и др. Это свидетельствует о низкой точности измерения . Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения релаксационной магнитной восприимчивости ферромагнитного материала 2, согласно которому материал намагничивают до технического насыщения, измеряют релаксационную намагниченностьматериала и его коэрцитивную силу , а релаксационную магнитную восприимчивостьматериала определяют из соотношения(4)/. Идея способа в том, что измерять коэрцитивную силуматериала можно с более высокой точностью и производительностью, чем релаксационную коэрцитивную силу ,а для некоторых материалов разница междуиневелика. Поэтому разница в расчетепо (1) и (4) для таких материалов мала. Недостаток известного способа в невысокой производительности и низкой точности определенияматериала. Невысокая производительность обусловлена необходимостью 2 16476 1 2012.10.30 многократных перемагничиваний материала для измерения его , отсутствием сведений обольшинства материалов в литературе. Низкая точность определенияматериала,кроме отмеченной выше низкой точности измерения , обусловлена тем, что для многих материалов считатьнедопустимо. Так, для сталей, исследованных в 7, разница междуисоставляет от 3 до 13 . Это, наряду с неизбежной в соответствии с 4 погрешностью 2 измеренияматериала, снижает точность определенияматериала известным способом. Задачей изобретения является повышение точности и производительности определения релаксационной магнитной восприимчивости ферромагнитного материала. Задача решена в способе определения релаксационной магнитной восприимчивости ферромагнитного материала, в котором материал намагничивают в замкнутой магнитной цепи до технического насыщения, измеряют его коэрцитивную силу , намагниченностьтехнического насыщения и остаточную намагниченность , а искомую релаксационную магнитную восприимчивостьопределяют в соответствии с выражением 1,82 Повышение точности определения релаксационной магнитной восприимчивостиферромагнитного материала достигается благодаря тому, что используемое для расчета соотношение (5) содержит только параметры предельной петли гистерезиса материала,которые могут быть измерены по стандартным методикам 4, 5 с относительной погрешностьюне более 3 , а отношение КП/ при измеренииис соблюдением требований 5 на одной и той же измерительной аппаратуре - с 14. Повышение производительности определениядостигается благодаря тому, что используемые для определенияпараметры ,ипредельной петли гистерезиса имеются в справочной литературе для многих материалов и могут быть измерены по стандартным методикам. 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 приведены зависимости (КП), рассчитанные по (11) и (12). На фиг. 3 приведены результаты определения влияния температуры о отпуска сталей 35 (, 1), 45 (, 2) и 38 ХГН (, 3) на их релаксационную магнитную восприимчивость ,где 1-3 - результаты определенияпо предложенному способу ,- результаты непосредственного измеренияпо 1. На фиг. 4 представлены результаты измерения зависимостей,истали У 7 А от температуры о отпуска и результаты расчета по (5) зависимости(о). Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерение ,иферромагнитного материала осуществляют по известным стандартным методикам, например, описанным в 4, 5. Затем результаты измерения , иматериала используют для определения его релаксационной магнитной восприимчивостипо соотношению (5). Предложенный способ основан на том, что между релаксационной магнитной восприимчивостьюферромагнитных материалов и параметрами ,иих предельной петли гистерезиса имеется связь, определяемая соотношением (5). Для обоснования этого воспользуемся установленной теоретически и скорректированной на основании статистического анализа экспериментальных результатов формулой 8 для расчетагде КП/. где- остаточная намагниченность материала после намагничивания до технического насыщения, перемагничивания полем напряженностьюи выключения этого поля(фиг. 1). Воспользуемся формулой (19) в 9, полученной для зависимости остаточной намагниченностипо кривой возврата от напряженностиперемагничивающего поля (материал намагничен до насыщения , затем перемагничен полем 0, после чего поле изменилось отдо 0) где 0/(КП/2). Правомерность использования формулы (8) для расчетафизически и экспериментально обоснована в 9. Из (8) приполучим для остаточной намагниченностиматериала после перемагничивания полем напряженностью Подставив (9), (7) и (6) в (1), получим формулу для расчета релаксационной магнитной восприимчивостиферромагнитного материала На фиг. 2 представлены результаты расчета по (11) влияния КП материала на функцию(КП). Полученные результаты показывают, что в практически важном диапазоне изменения 0,4 КП 1 зависимость (11) практически точно может быть интерполирована функцией(КП)(1-КП)1,82. Из (10) и (12) следует (5). По формуле (5) релаксационная магнитная восприимчивостьферромагнитного материала может быть рассчитана только по его ,и . Необходимые для расчета параметры приведены в справочной литературе для многих ферромагнитных материалов и могут быть с высокой точностью измерены по стандартным методикам. В качестве экспериментального обоснования предложенного способа результаты его применения для определения зависимостейсталей 35, 45 и 38 ХГН от температуры о отпуска на фиг. 3 сопоставлены с результатами непосредственного измерения , представленными в таблицах 1.1, 3.1 и 21.2 в 1. Значения параметров ,иэтих сталей (таблица) в соответствии с предложенным способом измерены по стандартным методикам 1, 4 в пермеаметре на образцах в виде прямоугольных параллелепипедов и соответствуют данным, представленным в тех же таблицах справочника 1. Представленные на фиг. 3 результаты показывают, что характер определенных по предложенному способу и непосредственно измеренных зависимостей (о) исследовангде 16476 1 2012.10.30 ных сталей полностью совпадает, а полученные по предложенному способу и непосредственно измеренные значенияотличаются менее, чем на величину 18 возможной в соответствии с 3 относительной погрешностиэкспериментального измерения . Полученный результат позволяет рекомендовать использование предложенного способа для определения зависимостейсталей от технологических факторов их производства. В качестве примера такого использования определили зависимостистали У 7 А от температуры О отпуска (фиг. 4). Приведенные также на фиг. 4 значения параметров , истали У 7 А в соответствии с предложенным способом измерены по стандартным методикам 1, 4 в пермеаметре на образцах квадратного сечения со стороной 8 мм и длиной 400 мм и соответствуют данным, представленным на рис. 40-42 справочника 10. Полученные результаты показывают, что контроль качества отпуска стали У 7 А во всем диапазоне его изменения с высокой достоверностью может быть осуществлен по результатом измерения двух магнитных параметрови . Отметим, что вывод о возможности такого магнитного контроля качества отпуска стали У 7 А сделан на основании предложенного способа без проведения дополнительных экспериментальных исследований параметра . Магнитные свойства сталей 35, 45 и 38 ХГН, отпущенных при различных температурах отп после закалки в масло от 860 С Сталь 35 45 38 ХГН Магнитные свойства, кА/м Тотп, С 20 2,3 865 1589 3,0 910 1557 2,91 836 1570 150 2,25 870 1591 2,7 919 1566 2,61 898 1600 200 2,1 876 1599 2,46 932 1574 2,3 938 1610 250 1,43 970 1644 1,55 1027 1634 1,53 944 1670 300 1,22 1007 1652 1,34 1018 1631 1,47 915 1670 350 1,13 1070 1650 1,26 1021 1631 1,38 933 1660 400 0,995 1145 1643 1,12 1136 1627 1,24 1020 1660 450 0,873 1248 1645 1,02 1271 1626 1,14 1155 1660 500 0,876 1265 1648 1,03 1276 1625 1,09 1252 1650 550 0,866 1277 1639 1,05 1280 1617 1,23 1265 1640 600 0,834 1280 1632 1,04 1248 1606 1,2 1236 1620 Использование предложенного способа позволит определять релаксационную магнитную восприимчивостьферромагнитных материалов по результатам простого и точного измерения параметров ,иих предельной петли гистерезиса по стандартным методикам. Источники информации 1. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей / Отв. редактор В.Е.Щербинин. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - 218 с. 2. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Многопараметровые методы в магнитной структуроскопии и неразрушающем контроле механических свойств сталей // Дефектоскопия. - 2007.8. - С. 3-24 (прототип). 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. Чернышев Е.Т., Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Стандарт, 1969. - 248 с. 5 16476 1 2012.10.30 5. ГОСТ 8.377-80 Материалы магнитомягкие. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик. - М. Стандарт, 1986. 6. ГОСТ 19693-74. Материалы магнитные. Термины и определения. - М. Стандарт,1974. - 32 с. 7. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф. Расчет величины релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала // Контроль. Диагностика. - 2006. -3. - С. 14-16. 8. Сандомирский С.Г. Анализ возможности измерения остаточной намагниченности ферромагнитного материала в открытой магнитной цепи // Метрология. - 2010. -3. С. 33-41. 9.Мельгуй М.А. Формулы для описания нелинейных и гистерезисных свойств ферромагнетиков // Дефектоскопия.- 1987. -11. - С. 3-10. 10. 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.