Магнитный структурный анализ

В настоящее время во многих приборах используются преобразователи, аналогичные преобразователю коэрцитиметра КИФМ-1.В нем измерительным преобразователем является рамочный феррозонд. Внешний вид прибора КИФМ-1 представлен на рисунке 6 слева. Справа приведен внешний вид мультитестера ММТ-2. Рисунок 6 — Внешний вид приборов КИФМ-1(слева) и ММТ-2(справа)Для контроля напряжено-деформированного состояния металлоконструкций, изготовленных из ферромагнитной стали и качества термообработки предназначен магнитный структуроскоп МС-1 и МС-2 (рисунок 7). Рисунок 7 — Магнитный структуроскоп МС-2 В основу работы прибора СКИФ-0286 (структуроскопкоэрцитиметрический с измерением индукции феррозондовый) положеноопределение относительных значений релаксационных магнитных свойств вещества контролируемых тонкостенных изделий. Прибор измеряет относительные значения коэрцитивной силы, остаточной индукции после выключения коэрцитивного поля и магнитной проницаемости. Это делается с помощью приставного электромагнита со встроенным вегомагнитопровод феррозондовым датчиком. Работа многих современных коэрцитиметров и магнитных структуроскопов основана на магнитоанизотропных методах определения магнитных свойств ферромагнитных объектов [9]. К приборам этого типа относят магнитный структуроскоп КРМ-Ц-К2М с КПК (рисунок 9), МС-10 (рисунок 10), СМ- 401, ИМП — Комплекс-2.05 — STRESSVISION (рисунок 11).

Рисунок 9 — Магнитный структуроскоп КРМ-Ц-К2М с КПК Рисунок 10 — Магнитный структуроскоп МС-10 Рисунок 11 — Общий вид аппаратно-программногокомплекса КОМПЛЕКС-2.05 В основу работы магнитныхмультитестеров ММТ-2, ММТ-3 и многопараметровой аппаратно-программной системы СИМТЕСТ положен способ измерения магнитного потока в изделии при помощи отверстия-преобразователя, выполненного в магнитопроводе электромагнита [6]. Форма отверстия в виде узкой щели, перпендикулярной направлению потока, обеспечивает пропорциональность между напряженностью поля в отверстии и величиной магнитного потока в составной цепи. 3. Результаты экспериментальных исследований.

В работе [15]измерения магнитных свойств проводились на образцах — прямоугольных параллелепипедах с существенно отличающимися свойствами. Размеры, химический состав и данные термической обработки образцов представлены в таблице 1. Для всех исследованных сталей содержание химических элементов соответствовало ее марке. Образцы из сталей различного химического состава для изучения влияния закалки и отпуска на магнитные свойства и твердость, изготавливались в виде прямоугольных параллелепипедов. После термообработки шлифовались до размеров 10×10×65 мм (т.н. ударные образцы).Таблица 1 — Ферромагнетики различного химического состава после отжига Магнитные свойства вещества образцов были определены в пермеаметре. Испытания проходили на аттестованной баллистической установке типа БУ-3 согласно ГОСТ 8.377−80. Погрешность измерения намагниченности не превышала 3%. Погрешность измерения поля составила 2%. Магнитные свойства образцов из сталей различных марок представлены на рисунках 12 — 15.

Рисунок 12 -Магнитные свойства вещества образцов из стали 20Н2М Рисунок 13 -Магнитные свойства вещества образцов из стали Ст35 Рисунок 14 -Магнитные свойства вещества образцов из стали 09Г2 Рисунок 15 -Магнитные свойства вещества образцов из стали 9ХФ Рисунок 16 -Магнитные свойства вещества образцов из стали 45ХН Рисунок 17 -Магнитные свойства вещества образцов из стали 7Х3 Ярким примером применения магнитных методов является контроль сфероидизирующего отжига подшипниковых сталей. Измерения магнитных свойств на изделиях с различной структурой показали, что величины коэрцитивной силы структур с зернистым и пластинчатым перлитом сильно различаются. Возможность применения коэрцитиметрических методов для контроля отожженных структур иллюстрирует рис. 18. Рисунок 18 — Петли гистерезиса и микроструктура подшипниковой стали ШХ15Годными считаются изделия с твердостью 180−207 НВ. Это может быть выявлено путем измерения с помощью коэрцитиметра.

Некондиционные структуры отжига стали ШХ15 обладают высокой твердостью и влекут за собой большой износ режущего инструмента. При последующей термической обработке они приводят к образованию структур крупноигольчатого мартенсита, для которых характерно образование поверхностных трещин. Например, ресурс работы подшипника с такой структурой металла будет весьма ограниченным. Некондиционные структуры пластинчатого перлита могут быть отбракованы по коэрцитивной силе. Двухпараметровый метод, реализованный в дифференциальных магнитных структуроскопах различных моделей [1], хорошо зарекомендовал себя при контроле качества закалки деталей из высокоуглеродистых и инструментальных сталей, но наиболее массово он применяется в подшипниковой промышленности. Одновременно с контролем качества закалки данная методика позволяет по измерениям величины намагниченности насыщения определить и количество остаточного аустенита в стали [2], что очень важно для высокоточных изделий (рис.

19). Рисунок 19 — Свойства закаленных сталей: Нс- коэрцитивная сила; HRC — твердость; ρ - удельное электросопротивление; Мs- намагниченность насыщения.

а — сталь 30ХГСА, б — 60С2А, в — ШХ15, г — 20Х13Заключение.

Рассмотрено схематическое «дерево магнитного структурно-фазового анализа», которое разработано Е. С. Горкуновым. Дерево позволяет получить представление о состоянии и перспективах использования магнитных методов для оценки структурного состояния, фазового состава, физико-механических свойств проката, термически обработанных стальных изделий. Из анализа литературных источников, можно заключить, что в настоящее время различные задачи структуроскопии стальных изделий нельзя решить при измерениитолько коэрцитивной силы. Используемые ранее методы исследования, оптимизации магнитных цепей, виды преобразователей не позволяют учесть пространственное распределение магнитных поля и потока в неоднородно намагничиваемых массивных ферромагнитных объектах. Исследование пространственного распределения поля и магнитного потока в контролируемом объекте и над его поверхностью надо для понимания процесса намагничивании массивных объектов. Определение магнитных свойств вещества массивных ферромагнетиков осложняется наличием зазора в магнитной цепи, а также изменением характера намагничивания в зависимости от формы и размеров намагничиваемого объекта.

Литература

.

Горкунов Э. С. Использование магнитного структурно-фазового анализа для диагностики и оценки ресурса изделий и элементов конструкций. Часть 1 / Горкунов.

Э.С. // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2015. № 1.

С. 6−40.Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. Москва: Наука, 1993 — 252 с. Мельгуй, М. А. Магнитный контроль механических свойств сталей / М. А. Мельгуй. — Минск: Наука и техника, 1980. — 184 с. Герасимов В. Г. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами. М.: Энергия, 1978.

— 216 с. Толмачев И. И. Магнитные методы контроля и диагностики. Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2008.

— 216 с. Щербинин, В. Е. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля [Текст] / В. Е. Щербинин, Э. С. Горкунов. — Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. — 266 с. Tumanski, S.

H andbook of Magnetic Measurements Series: Series in Sensors / S. T umanski. — USA: CRC P ress, 2011. — 404 p. Чечерников, В. И. Магнитные измерения [Текст] /В.И. Чечерников.

— М.: Изд-во МГУ, 1969. — 387 с. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма.

Магнитные свойства вещества [Текст] /С. Тикадзуми. Пер. с японского под ред. Г. А. Смоленского, Р. В. Писарева.

— М.: Мир, 1983. — 302 с. Горкунов, Э. С Устойчивость остаточной намагниченности термически обработанных стальных изделий к действию упругих деформаций [Текст] / Э. С. Горкунов, В. Ф. Новиков, А. П. Ничипурук и др. // Дефектоскопия — 1991. — №.

2. — С. 68−76.Михеев, М. Н. Неразрушающий магнитный контроль закаленных и отпущенных изделий из низколегированных конструкционных и простых углеродистых сталей [Текст] /М.Н. Михеев, Э. С. Горкунов, Ф. Н. Дунаев // Дефектоскопия — 1977. — № 6. — С.

7−13.Бида, Г. В. Магнитные характеристики тела — параметры неразрушающего контроля качества отпуска закаленных сталей (обзор) [Текст] /Г.В. Бида // Дефектоскопия. — 2002. — № 6. — С. 19−33.Щербинин, В. Е. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля [Текст] / В. Е. Щербинин, Э. С. Горкунов.

— Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. — 266 с. Филиппов, Б. Н. Моделирование магнитных состояний в ферромагнитном стержне, намагниченном в проходном преобразователе [Текст] /Б.Н. Филиппов, В. М. Глухов, Э. С. Горкунов // Дефектоскопия. -.

1998. — № 7. — С. 50−59.Василенко О. Н. Методы и средства многопараметровой магнитной структуроскопии изделий с использованием составных разомкнутых магнитных цепей. Автореф.

дисс. на соиск. к.т.н. по специальности 01.

04.11 — физика магнитных явлений, Екатеринбург, 2014, с. 24.