Способ неразрушающего контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

11

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля механических свойств (качества термообработки) изделий из ферромагнитных материалов и может быть исспользовано во всех отраслях машиностроительной промышленности.

Известен способ неразрушагацего контроля механических свойств ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что исследуемый и зталонный образец помещают в.заданное переменное магнитное поле, измеряют ЭДС с помощью измерительных катушек, исследуемый образец подвергают механическому воздействию, повторно .измеряют ЭДС, а затем определяют разность этих ЭДС, по которой определяют механические свойства lj..

Недостатками данного способа являются невысокая точность измерений, связанная с разбросом результатов из-за чувствительности измеряемой ЭДС при однократном нагружёнии к незначительным изменениям условий контроля (колебания величины напряженности магнитного поля, скорость приложения механического воздействия,предыстория образца), атакже низкая производительность, связанная с многооперационностью контроля.

Известен электромагнитно-акустический (ЭМА.) способ контроля твердости ферромагнитных сталей после термообработки, заключающийся в том, что контролируемый образец намаг.ничивакгт постоянным полем, подвергают . механическому нагружению с помощью ультразвуковых колебаний и измеряют зависимость амплитуды резонансного ЭМА сигнала от напряженности магнитного поля. По максимальной величине амплитуды этого сигнала судят о твердости или о температуре отпуска этого образца t2). ,

. Применение этого способа затруднительно вследствие того, что резонансная частота зависит от размеров и акустических свойств образца. Кроме того, помехозащищенность способа невелика, так как величина упругих напряжений, возникакяцих при ЭМА-пре.образовании, а следовательно, и мак-г симальная величина амплитуды резонансного ЭМА-сигнала, мала, что существенно влияет на точность контроля. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является crio572

соб неразрушающего контроля механических свойств ферромагнитных издел й, заключающийся в том, что изделие перемагничивают от состояния технического насьпцения до состояния остаточной намагниченности и одновременно прикладывают низкочастотную механическую нагрузку, регистрируют приращение магнитной индукции под воздействием механической нагрузки в режимах насыщения и остаточной намагниченности, а результаты контроля определяют из соотношений .ппюк .

21--- В 5 дВз ЛВГ%

A.

„wih „ С л-п ЛВ г -АВ г АО (,:г-,

где АВд И лВр - соответственно изменение магнитной ин- дукции под воздействием механической на.грузки в режимах насьщения и остаточной

намагниченности .

ВШчТ ttlit .

g . ,/iB .5 - предельные значения

указанных параметров Гз 3.

йые значения указанных параметров 3j. Недостатком известного способа является невысокая,чувствительность контроля механических свойств для изделий из средне- и высокоуглеродистых сталей, прошедших средне- и высоко- температурньй,отпуск. Невысокая чувствительность известного способа связана с тем, что величина изменения магнитной индукции аВ таких сталей -. мало меняется с изменением механических свойств и, следовательно, использование этой величины в качестве информационного параметра не обеспечивает достаточной чувствительности способа. Кроме того, известный способ обладает низкой производительностью вследствие необходимости измерения и обработки двух величин, а также предварительного определения четырех предельных значений измеряемых парамет- . ров.

Целью изобретения является повышение чувствительности и производительности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу неразрушающего контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, заключаняцемуся в том, что изделие перемаг3ничивают, одновременно прикладывают низкочастотную упругую нагрузку и регистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой на- . грузки, перемагничивание осуществляется квазистатически по предельной петле гистерезиса, приращение магнит ной индукции регистрируют при напряженности магнитного пЬля, равной коэрци ивной силе материала контролиру-to

емого изделия, определяют скорость изменения приращения магнитной индукции и по ее величине определяют механические свойства изделия. На фиг.1 представлены кривые зави-(5 по симости приращения магнитной индукци под действием упругого сжатия 4В о напряженности магнитного поля при перемагничивании по предельной петле гистерезиса для образцов из стали 40Х, прошедших отпуск при температурах: 0-400 Ci. Л-450С р А - , X нетермообработанный образец, на фиг.2 - зависимость скорости изменения приращения индукции ., f оН ( - образцы ОТ температуры отпуска прошедшие термообработку, х - нетермообработанный образец). Сущность способа заключается в следующем. Скорость изменения приращения маг нитной индукции деляется как производная приращения магнитной индукции по напряженности магнитного поля. Выбор этого параметра в качества информативного обуЬловлен тем, что кривые зависимостей приращения магнитной индукции (АВ) от напряженнос ти магнитного поля качественно меняют свой вид в состоянии, напряжен ность магнитного поля в котором равна коэрцитивной силе (Н), при увели чении температуры отпуска (уменьшени твердости), а именно происходит сбли жение и уменьшение величины двух экс тремумов с полным их исчезновением в указанном состоянии при температуре отпуска около 550С. При перемагничивании по предельной петле гистерезиса в рассматриваемом состоянии происходят смещения 180 и 90 доменных границ. Наложение одноосных упругих напряжений вызывает смещение только 90 доменных гратика положительна, приложение упругих напряжений вызывает уменьшение магнитной индукции. В отрицательных магнитных полях, напряженность которых 57 ниц в силу четности магнитоупругого эффекта, причем смещаются только те 90° границы, которые вызывают увеличение доменов, намагниченных в направлении, совпадающем или близком к направлению внешнего магнитного поля. Так как в отрицательных магнитных полях, напряженность которых по абсолютной величине меньше коэрцитивной силы, магнитная индукция ферромагнеабсолютной величине больше коэрцитивной силы, магнитная индукция ферромагнетика отрицательна и приложение упругого сжатия вызывает увеличение магнитной индукции. Этим объясняется существование двух экстремумов в районе коэрцитивной силы.на кривых зависимости ЙВр от Н для изделий, отпущенных при температуре ниже 550 С. Отсутствие этих двух экстремумов для изделий с температурой отпуска выше обусловлено тем, что за счет снижения уровня средних внутренних напряжений сужается.и исчезает область полей, при которых происходят смещения 90 доменных границ. Таким образом, величина скорости изменения приващения магнитной индукЧ в,) меняется в широком dH / «. диапазоне от отрицательных до поло- . J:итeльныx значений в зависимости от температуры отпуска (твердости), и может быть использована в качестве информативного параметра для неразрушающего контроля механических свойств (качества термообработки) изделий из ферромагнитных материалов. Пример. Контролируемое изделие помещают в намагничивающий соленоид, соосно с которым расположена , измерительная катушка проходного тиЛ1а. На соленоид подается переменное напряжение синусоидальной формы с ; :частотой от 1 до 10 Гц. При этом изделие квазистатически перемагничива-ется по предельной петле гистерезиса. К торцовым поверхностям изделия с помощью электромеханического преобразователя прилагается переменное механическое нагрУжение, амплитуда которого не превьш1ает 5-8% от предела упругости контролируемого изделия, а частота на порядок превьппает частоту перемагничивания. Индуцируемая в измерительной катуш ке ЭДС, пропорциональная изменению индукции при нагруженииДВ,подается на вольтметр, выходкоторого через интерфейсное устройство подключен к линии ЭВМ, в которой осуществляется и резульвычислениетат контроля ведается на индикаторное табло. Величина Не определяется предварительно по справочным или зксперйменталыим данным для контролируемого материала и вводится в ЭВМ. Результат контроля определяется сравнеиием в ЭВМ вычисленной величины у б/., j, : и пороговых значений ее, ан / с., определенных на изделиях, имеющих механические свойства на границах годные изделия - брак Величина зиачно зависит (фиг.2) от температуры отпуска (а следовательно, и механических свойств), причем наибольшая крутизна этой зависимости наблюдается для температур отпуска вьше 550°С. Кроме того, предлагаемый способ , (фиг.2) позволяет надежно отбраковывать нетермообработанные изделия.

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЩЕГО КОНТ-. РОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что изделие перемагничивают, одновременно прикладьшают низкочастотную упругую нагрузку и регистрируют приращение магнитной индукции под действием упругой нагрузки, отлич ающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности контроля, перемагничивание осуществляют квазистатически по предельной петле гистерезиса, приращение магнитной индукции регистрируют при напряженности магнитного поля, равной коэрцитивной силе материала контролируемого изделия, определяют скорость изменения, приращения магнитной индукции и по ее величине определяют механические свойства изделия.;

i(AB6} ..jt Тл M вН A

.

-w

-500

ТотП)

Фиг. 2