Способ определения твердости стальных изделий Советский патент 1989 года по МПК G01N27/80 

1.

Изобретение,относится к неразру- шакщему контролю изделий электромаг нитными способами и может быть использовано дпя определения твердости изделий типа болтов, изготовленных из среднеуглеродистых конструкционных сталей, после изотермической закалки.

Цель изобретения - повышение достоверности при определении твердости стальных изделий поеле изотермической закалки за счет устранения неоднозначности зависимости информативного параметра и твердости изделия.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа;на фиг.2 - зависимость магнитной проницаемости от механических напряжений при различ- с ных значения х напряженности поля.

Схема включает датчик I, генератор 2 и вольтметр 3.

Сущность способа заключается в следующем. 10Способ определения твердости

стальных изделий основан на магнито- упругом эффекте, т.е. зависимости магнитной прогшцаемости ферромагнетика от ущ)угих механических напря- 15 жений. Известно, что при одностороннем упругом сжатии () в слабых магнитных полях для железа и железоуглеродистых сплавов, имеющих положительную магнитострикцию ( Лр 0) , набл1одается уменьшение намагниченнос- ти и MarffflTHoft проницаемости. Если в качестве чувствительного элемента магнитоупругого датчика использовать

контролируемое изделие, то нежно по изменению магнитной проницаемости изделия при внешнем механическом воздействии определить ее сопротивляемость упругим деформациям, а следовательно s оценить твердость изделия,

Изменение магнитной проницаемости стали U от внешних сжимающих напряжений G j, неоднозначно; с ростом G g ly. уменьшается и после достижения минимума увеличивается. Минимум имеет

I

место приО; --5 где С

-. 20 представляющий собой катушку с вну ренним диаметром, немного большим диаметра контролируемой детали. Да чик 1 содержит,две одинаковые полу обмотки возбуждения Lg и Lg , расп

зеличина внз тренних магнитоструктур- ных напряжений. Следовательно, минимум достигается щ,н (5.-(5, где ( оп- оженные симметрично и включенные ределяют как спонтанные магнитострук- последовательно-встречно, и одну

турные напряжения G; ( - модуль

упругости)8 Величина относительного изменения размеров при магнитострикSeцин - зависит от исходного

Р е

состояния стали5 определяемого спонтанной намагниченностью доменов, и связанной с ней спонтанной магнито- стрикцион ной деформацией.

Под действием упругих деформаций в ферромагнетике изменяется распределение спонтанной намагниченности, что приводит к изменению величины магнитострикции. Минимум на кривой Лр f(H) смещается в сторону более слабых полей. Таким образом, исследование зависимостей. |U f() равносильно изучению характеристик ue/e«f(G g). При этом значение U е/е определяется величиной магнитострикции /у p(Tg/E.

Учитывая, что модуль упругости

измерительную обмотку L., Полуобмо ки запитывают переменным электриче ким током частотой 500 Гц от генер

30 топа 2.

Поле, создаваемое обмотками воз буждения , должно удовлетворять усл вию, при котором магнитная проница мость максимально чувствительна к

„ менению напряжений. При отсутствии изделия в датчике 1 непосредственная индуктивная связь между обмотк ми возбуждения и измерительной иск лючена за счет встречного включени

40 симметрично расположенных полуобмо ток ,я Lgj, При введении в датчи 1 контролируемого изделия энергия переменного магнитного поля преобр зуется в энергию механических кол

45 баний изделия.,Колебания .изделия вследствие магнитоупругого эффект приводят к возникновению переменно потока индукции и возникновению в мерительной обмотке L4. электродвиж

является структурно малочувствитель- gg щей силы Е, которую измеряют с по- ным свойством стали, зависимость Ц fC&g) при повышении механических напряжений до величины, не превышающей магнитоструктурные напряжения стали (G g(J;) характеризует сопротивляемость стали упругим деформациям независимо от структуры и .режимов термической обработки, В качестве контролируемого пар аметра

мощью всутьтметра 3,

Упругую деформацию изделия осуществляют с помощью переменной нагрузки Р., Изменение магнитной прони- gg цаемости стали относительно исходного уровня при повьшении механических напряжений определяют по изме-- нению индуктируемой в измерительной обмотке ЭДС, обусловленной магнитовыбирают тангенс угла наклона кривых fU f (G a) на линейном участке зависимости, равный величине Лщ/лб,

с где - максимальное значение интервала относительного изменения магнитной проницаемости на участке линейной зависимости магнитной проницаемости от напряжений; .макси0 мальное значение интервала приращения упругих напряжений на участке линейной зависимости магнитной проницаемости от механических напряжений, С повышением сопротивляемости стали

5 упругим деформациям повьппение твердости величина л/и/лС уменьшается.

Способ осуществления следующим .образом.

Изготавливают проходной датчик 1,

0 представляющий собой катушку с внутренним диаметром, немного большим диаметра контролируемой детали. Датчик 1 содержит,две одинаковые полуобмотки возбуждения Lg и Lg , распо оженные симметрично и включенные последовательно-встречно, и одну

оженные симметрично и включенные последовательно-встречно, и одну

измерительную обмотку L., Полуобмотки запитывают переменным электрическим током частотой 500 Гц от генератопа 2.

Поле, создаваемое обмотками возбуждения , должно удовлетворять условию, при котором магнитная проницаемость максимально чувствительна к изменению напряжений. При отсутствии изделия в датчике 1 непосредственная индуктивная связь между обмотками возбуждения и измерительной исключена за счет встречного включения

симметрично расположенных полуобмо- ток ,я Lgj, При введении в датчик 1 контролируемого изделия энергия переменного магнитного поля преобразуется в энергию механических колебаний изделия.,Колебания .изделия вследствие магнитоупругого эффекта приводят к возникновению переменного потока индукции и возникновению в измерительной обмотке L4. электродвижу gg щей силы Е, которую измеряют с по-

мощью всутьтметра 3,

Упругую деформацию изделия осуществляют с помощью переменной нагрузки Р., Изменение магнитной прони- gg цаемости стали относительно исходного уровня при повьшении механических напряжений определяют по изме-- нению индуктируемой в измерительной обмотке ЭДС, обусловленной магнитострикционной деформацией, как отношение Е/Ед, где Е - ЭДС, индуктируемая в измерительной обмотке при деформации изделия. Учитывая, что

u(u U(E/EO)

-::. -A7v твердость изделия определяют из соотношения

НВ

V. а--- Ь.

4(J

где НВ - твердость по Бринеллю;

ДС - величина интервала приращения упругих напряжега1й на линейном участке зависимости тг- f(0); lie

.(Ь.

ч

величина интервала относительного изменения ЭДС на линейном участке зависимости.

Способ основан на линейной зависимости между твердостью по Бринеллю и величиной отношения максимального значения интервала относительного изменения магнитной проницаемости к величине пуиращения упругих напряжений на участке линейной зависимости магнитной проницаемости от механических напряжений.

Значение козффициентов а и Ь вычисляют согласно правилу расчета коэффициентов линейной регрессии и следующим зависимостям

HB-U (E/Eo)uG -НВ &()/й6

fuCE EoXli Г4(ЕУБ2.)1 J J

НВ - «.Ш4Ы

НВ

НВ

4551

п

дет

Д (Е/Е,)1

L ло J

г ш/ы1 -Е:::

L ло- Jп

fuCE/EJI

Л1 ug J;

п

Гй(Е/Ео.) 1. L

f Гнв1 .. iSi Saiil

. -11 - -i J

т 5с.

НВ . (j -

п-количество измеренных точек.

Размерность коэсЬЪициентов уравнения следующая

мПа

Ь - мПа.

Использование способа определения твердости стальных изделий обеспечивает возможность неразрушающего

контроля твердости деталей, изготовленных из сталей, для которых в заданном интервале температур закалки и.отпуска отсутствуют однозначные зависимости между магнитными свойствами (коэрцитивной силой, индукцией насыщения, магнитной проницаемости и т,п,) и твердостью, например болтов и других деталей для резьбовых соединений,

Формула изобретения

Способ определения твердости стальных изделий, звключающийся в

создании с помощью электромагнитного преобразователя оптимального магнитного поля, размещении в этом поле изделия н измерении его магнитной проницаемости, которая используется для определения твердости изде- ЛИЯ, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения достоверности при определении твердости стальных изделий после изотермической закалки, изделие подвергают упругой деформации, измерение магнитной проницаемости осуществляют при различ-. ных значениях упругой деформации, измеряют максимальное значение интервала Д|и изменения магнитной проницаемости, соответствующее интервалу изменения упругих напряжений на линейном участке зависимости магнитной проницаемости от механических

напряжений, а твердость изделий определяют из соотношения НВ ах KujU/uG + Ь, где НВ - твердость по Бринеллю, МПа, а и Ь - коэффициенты линейной регрессии, определяемые

предварительно для данного типа преобразователя по экспериментальным зависимостям Д|Ц/йС от твердости изделия.

Фиг.1

f

JimiH-

if

Изобретение относится к не- разрушаияцему контролю изделий электромагнитными методами. Цепь изобретения - повьппение достоверности при определении твердости стальных изделий после изотермической закалки. Способ включает измерение кпгнитной проницаемости при помещении изделия в оптимальное магнитное поле. При этом измерение магнитной проницаемости проводят в процессе упругой деформации изделия и определяют изменение магнитной проницаемости стали относительно исходного уровня при повышении механических напряжений до величины, не превышакнцей маг- нитострикционные напряжения стали, измеряют максимальное значение интервала Лт относительного изменения магнитной проницаемости, соответствующего приращению ь(5 упругой деформации на участке линейной зависимости магнитной проницаемости от напряжений, а твердость изделия определяют из соотношения ИВ ад(и/ /uGT « b, где НВ - твердость по Бри- нагао, МПа; а,Ь - коэффициенты, зависящие от магнитоструктурных характеристик стали и параметров датчика, 2 ил. § (Л