Способ определения намагниченности коэрцитивного возврата ферромагнитного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ КОЭРЦИТИВНОГО ВОЗВРАТА 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 намагниченности коэрцитивного возврата ферромагнитного материала, в котором материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и измеряют намагниченностьтехнического насыщения материала,уменьшают намагничивающее поле до нуля и измеряют остаточную намагниченностьматериала, а затем определяют искомую намагниченностькоэрцитивного возврата в соответствии с выражением 1,23(1 - /)2. 18189 1 2014.04.30 Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий из твердых материалов. Известен способ измерения намагниченностикоэрцитивного возврата ферромагнитного материала 1, согласно которому материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи, измеряют коэрцитивную силуматериала, при этом несколько раз, в соответствии с требованиями 2, намагничивают материал до технического насыщения, уменьшают намагничивающее поле до нуля, воздействуют на материал магнитным полем противоположной полярности. После измеренияматериала снова намагничивают материал до технического насыщения, подвергают материал воздействию размагничивающего поля напряженностью -, измеряют баллистическим методом изменениемагнитной индукциина кривой возврата от коэрцитивной силы и определят намагниченностькоэрцитивного возврата по соотношению(1)/0,где 0 - магнитная постоянная. Величинаимеет одинаковую структурную чувствительность с релаксационной намагниченностьюсталей, но измерениепроще, чем измерение 1. Поэтому величинарассматривается как один из наиболее вероятных параметров магнитной твердометрии 1. Способ 1 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому. Недостаток известного способа - в невысокой производительности и низкой точности определения намагниченностикоэрцитивного возврата ферромагнитного материала. Низкая производительность способа связана с тем, что для определенияматериал необходимо подвергнуть 1 кратному намагничиванию до технического насыщения и перемагничиванию полем, напряженность которого примерно равна - (где 3 - количество перемагничиваний материала, необходимое в соответствии с 2 для измерения его). Низкая точность известного способа связана с особенностью изменения намагниченностиферромагнитного материала на нисходящей ветви предельной петли магнитного гистерезиса и на кривых возврата, начинающихся на ней в области перемагничивающих полей , близких к -. Указанная особенность приводит к тому, что даже соблюдение требований 2 при измерении НС материала (в соответствии с 3 относительная погрешностьизмеренияпри соблюдении требований 2 составляет около 2 ), для многих материалов не может обеспечить приемлемых для практики значений погрешностиопределения . Задачей изобретения является повышение точности и производительности определения намагниченности коэрцитивного возврата ферромагнитного материала. Задача решена в способе определения намагниченности коэрцитивного возврата ферромагнитного материала, в котором материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и измеряют намагниченностьтехнического насыщения,уменьшают намагничивающее поле до нуля и измеряют остаточную намагниченностьматериала, а затем определяют искомую намагниченностькоэрцитивного возврата в соответствии с выражением 1,23(1 - /)2.(2) Повышение точности определения намагниченностикоэрцитивного возврата ферромагнитного материала достигается благодаря тому, что используемое для расчета соотношение (2) физически верно отражает объективно существующую взаимосвязьс параметрамиипредельной петли гистерезиса материала и содержит только параметры, которые могут быть измерены по стандартным методикам 2, 3 с относительной погрешностью не более 3 , а отношение КП/ при измеренииис соблюдением требований 2 на одной и той же измерительной аппаратуре - с относительной погрешностью 13. Повышение производительности определениядостигается благодаря тому, что используемые для определенияпараметрыипредельной 2 18189 1 2014.04.30 петли гистерезиса могут быть измерены по стандартным методикам 2, 3 при однократном намагничивании материала. Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 представлен участок нисходящей ветви предельной петли магнитного гистерезиса ферромагнитного материала (1) и кривые возврата, соответствующие перемагничиванию материала полями - (2) и - (3). На фиг. 2 приведены зависимости (КП), рассчитанные по (2) и (5). На фиг. 3 представлена зависимость составляющей 1 относительной погрешностиизмеренияферромагнитного материала от коэффициента КП/ прямоугольности его предельной петли гистерезиса при стандартной погрешности 2 измерения коэрцитивной силы. На фиг. 4 представлены зависимостистали 45 от температуры 0 отпуска.- измеренная по прототипу 1- определенная по предложенному способу- возможный диапазон изменения действительных значенийпри погрешности 2 измерения . На фиг. 5 результатыопределениясталей 45 и 50 ХНМ, отпущенных при раз личных температурах, по предложенному способу сопоставлены с результатамиизмеренияэтих сталей по 1. На фиг. 6 представлены результаты и измеренияистали У 7 А от температуры 0 отпуска и определения зависимости(0) этой стали по предложенному способу . Реализуется предложенный способ следующим образом. Ферромагнитный материал намагничивают до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и измеряют намагниченность технического насыщенияпо известным стандартным методикам, например, описанным в 2, 3. Уменьшают напряженность намагничивающего поля до нуля, измеряя при этом остаточную намагниченностьматериала по известным стандартным методикам, например, описанным в 2, 3. Затем результаты измеренияиматериала используют для определения его намагниченностикоэрцитивного возврата по соотношению (2). Предложенный способ основан на том, что между намагниченностьюкоэрцитивного возврата (фиг. 1) ферромагнитных материалов и параметрамииих предельной петли гистерезиса имеется взаимосвязь, определяемая соотношением (2). Для обоснования этого воспользуемся формулой для расчета остаточной намагниченностиферромагнитного материала после намагничивания до технического насыщения и частичного перемагничивания полем , разработанной и обоснованной в 5 21,(3)4,55(1/) 1 где К П К К П 1(2(5)4,55(11 / ) 1 Анализ формул (4) и (5) показывает, чтозависит только от КП/ материала. В соответствии с 6 КП ферромагнитных материалов может изменяться в пределах 0,5 КП 0,866.(6) Зависимость (КП) (5) в возможном диапазоне (6) изменения КП ферромагнитных материалов практически точно (фиг. 2) совпадает с (2). Относительная погрешностьизмеренияв литературе, в которой приведены результаты ее измерения, не приведена и не обсуждается 1. Исследователи руководствуются тем, что в соответствии с 3 имеет аддитивный характер 3(9) где 1 - составляющая относительной погрешностиизмерения , обусловленная относительной погрешностьюизмерения 2 - составляющая , обусловленная относительной погрешностьюизмерения При соблюдении требований 22 ,3 3, а с учетом (7)5 . Но это не соответствуют физике перемагничивания ферромагнитных материалов в части выполнения соотношения (8). Действительно (фиг. 1) разница междуисталей невелика 1. А разница между точками пересечения с осьюкривых 2 и 3 возврата из точек на нисходящей ветви 1 предельной петли магнитного гистерезиса, соответствующих напряженностям перемагничивающего поля - и -, составляет(фиг. 1). С учетом параллельности (фиг. 1) хорд у кривых возврата ферромагнитного материала в области перемагничивающих полей, лежащих в окрестности -, для составляющей относительной погрешности 1 измеренияполучим 1/.(10) Для анализа влияния магнитных свойств материала и погрешностей их измерения на относительную погрешностьизмерения намагниченностикоэрцитивного возврата ферромагнитных материалов воспользуемся полученной и экспериментально обоснованной в 7 формулой для расчетасталей(12) 0,64(1 К П ) 2 Формулы (7), (9) и (12) позволяют по результату измеренияустановить диапазон возможного изменения действительного значенияпредельные значениявозможного диапазона изменениямогут быть рассчитаны по формулеЭ(1). Анализ (12) показывает, что составляющая 1 относительной погрешностиизмерениязависит от относительной погрешностиизмеренияи от КП/ материала. На фиг. 3 приведены результаты расчета по (12) зависимостей 1(КП) для 2 во всем возможном диапазоне (6) изменения КП ферромагнитных материалов. Анализ представленных на фиг. 3 результатов показывает, что при стандартной по 2, 3 относительной погрешности 2 измерения , составляющая 1 относительной погрешностиизмерениявозрастает от 12,5 при КП 0,5 до 19,5 при КП 0,6 34,7 при КП 0,7 78,1 при КП 0,8 и 174 при КП 0,866. Такие погрешности измеренияне могут удовлетворить потребностям практики. В обоснование допустимости использования (2) для расчетасталей на фиг. 4 сопоставлены результаты расчета по (2) и измерения в 1 зависимости (0) стали 45 от температуры 0 отпуска после закалки. Экспериментальные зависимости(0) получены позиционированием после многократного увеличения зависимости(0), представленной на рис. 1 в 1. При расчете по (2) для вычисления КП использованы результаты 18189 1 2014.04.30 измеренияистали 45, отпущенной при различных 0, полученные в процессе намагничивания материала до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и уменьшения намагничивающего поля до нуля по стандартной методике, описанной в 2,приведенные в табл. 3.1 в 8. На фиг. 4 представлены также результаты расчета по (13) с учетом (7) и (12) при 2 и 0 диапазона, в котором находятся действительные значения . Представленные на фиг. 4 результаты показывают, что рассчитанные по (2) зависимости(0) качественно совпадают с экспериментальными, а количественно разница между ними во много раз меньше погрешности измерения параметра . Разница между результатами расчетапо (2) и эксперимента обусловлена прежде всего не погрешностью расчетапо (2), а большими значениями (фиг. 3) составляющей 1 относительной погрешностиизмеренияв 1. Допустимость использования (2) для расчетасталей обосновывается также представленной на фиг. 3 взаимосвязью между результатамирасчетапо (2) и резуль татами Э экспериментального измерениясталей 45 и 50 ХНМ по методике 1. При построении зависимости Эна фиг. 5 использованы те же данные для стали 45,что и при построении зависимости, представленной на фиг. 4. Для стали 50 ХНМ на фиг. 5 экспериментальные значенияполучены позиционированием после многократного увеличения зависимостей (0), представленных рис. 5 в 9. При расчете по (2) для вычисления КП использованы данные оистали 50 ХНМ, отпущенной при различных 0, полученные в процессе намагничивания материала до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и уменьшения намагничивающего поля до нуля по стандартной методике, описанной в 2, приведенные в табл. 35.2 в 8 (опечатки в размерностии значениипри 0625 С в табл. 35.2 в 8 исправлены в соответствии с 10). Статистический анализ представленных на фиг. 5 результатов показал, что коэффициенткорреляции в линейном уравнении регрессии Эсоставил 0,855, а разброс экспериментальных данных находится в пределах неизбежных в соответствии с (12),(13) погрешностей измерения параметрапо известной методике 1. Это позволяет определятьферромагнитных материалов по результатам измерения ихи , полученным в процессе намагничивания материала до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и уменьшения намагничивающего поля до нуля в соответствии с предложенным способом. В качестве примера практического использования предложенного способа определили зависимостьстали У 7 А от температуры 0 отпуска (фиг. 6). На фиг. 6 приведены также значения параметровистали У 7 А, измеренные в процессе намагничивания материала до технического насыщения в замкнутой магнитной цепи и уменьшения намагничивающего поля до нуля по стандартной методике, описанной в 2, в пермеаметре на образцах квадратного сечения со стороной 8 мм и длиной 400 мм и соответствующие данным, представленным на рис. 40-42 11. Эти результаты измеренияистали У 7 А использованы при определении значенийстали У 7 А по (2) в соответствии с предложенным способом. Полученные результаты показывают, что контроль качества отпуска стали У 7 А в диапазоне изменения 0 от 200 до 500 С с высокой достоверностью может быть осуществлен по результату определения , осуществленному в соответствии с предложенным способом. Отметим, что вывод о возможности такого магнитного контроля качества отпуска стали У 7 А сделан на основании предложенного способа без проведения трудоемких и не точных экспериментальных измерений параметрапо известной методике 1. Использование предложенного способа позволит определять намагниченностькоэрцитивного возврата ферромагнитных материалов по результатам простого и точного 18189 1 2014.04.30 измерения параметровиих предельной петли магнитного гистерезиса по стандартным методикам. Источники информации 1. Костин К.В., Костин В.К., Смородинский Я.Г. и др. Выбор параметров и алгоритма магнитной твердометрии углеродистых термообработанных сталей методом регрессионного моделирования // Дефектоскопия. - 2011. -2. - С. 3-11 (прототип). 2. ГОСТ 8.377-80 Материалы магнитомягкие. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик. - М. Изд. стандартов, 1986. 3. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М. Изд. Стандартов, 1969. - 248 с. 4. Костин В.Н., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Измерение относительных значений магнитных свойств вещества контролируемых изделий в составных замкнутых цепях // Дефектоскопия. - 2001. -1. - С. 15-26. 5. Сандомирский С.Г. Анализ режимов магнитного контроля качества термической обработки среднеуглеродистых сталей // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2010. -2. - С. 28-31. 6. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. - М. Мир, 1987. - 419 с. 7. Сандомирский С.Г. Расчет релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала // Электричество. - 2010. -7. - С. 55-58. 8. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей / Отв. редактор В.Е.Щербинин. - Екатеринбург УрО РАН, 2005. - 218 с. 9. Костин В.Н., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Измерение относительных значений магнитных свойств вещества контролируемых изделий в составных замкнутых цепях // Дефектоскопия. - 2001. -1. - С. 15-26. 10. Сандомирский С.Г. О необходимости корректировки некоторых справочных данных о магнитных свойствах сталей // Сталь. - 2011. -5. - С. 78-82. 11. 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.