Способ импульсного магнитного контроля твердости изделия из ферромагнитной стали

ТВЕРДОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОЙ СТАЛИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Мельгуй Михаил Александрович Любарец Алексей Леонидович Пинчуков Дмитрий Анатольевич (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)СПОСОб ИМПУЛЬСНОГО магнитного КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ферромагнитной стаЛИ, включающий намагничивание КОНТРОЛИРУЕМОГО ИЗДЕЛИЯ ПЕРВОЙ СЕРИЕЙ возрастающих ПО амплитуде С заданным ШаГОМ, а затем убывающих С ТЕМ ЖЕ ШаГОМ ИМПУЛЬСОВ магнитНОГО ПОЛЯ соленоида, ОСЬ КОТОРОГО перпендикулярна ПОВЕРХНОСТИ ИСПЫТУЕМОГО ИЗДЕЛИЯ,ИЗМЕРЕНИЕ градиента нормальной составляющей напряженности ПОЛЯ остаточной намагНИЧЕННОСТИ ИЗДЕЛИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ В СООТВЕТСТВИИ С экспериментально найденНОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ зависимостью, связывающей ТВЕРДОСТЬ С ИЗМЕРЕННЫМИ значениями,ОТЛИЧЗЮЩИЙСЯ ТЕМ, ЧТО ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЕРВОЙ СЕРИЕЙ ИМПУЛЬСОВ на КОНТРОЛИРУЕМОЕ ИЗДЕЛИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНО ВОЗДЕЙСТВУЪОТ ВТОРОЙ СЕРИЕЙ ИМПУЛЬСОВ ТОГО ЖЕ соленоида С ПОЛЯРНОСТЬЮ, ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ ПОЛЯРНОСТИ ПЕРВОЙ СЕРИИ, амплитуду КОТОРЫХ увеличивают С заданным ШаГОМ ДО заданной максимальной ВЕЛИЧИНЫ, а ЗаТЕМ уменьшают С ТЕМ ЖЕ ШаГОМ ДО заданной минимальной ВЕЛИЧИНЫ, градиент напряженности ПОЛЯ остаточной намагниЧЕННОСТИ ИЗМЕРЯЮТ ПОСЛЕДОВаТЕЛЬНО два раза ВО ВРЕМЯ ВТОРОЙ СЕРИИ ИМПУЛЬСОВ ПОСЛЕимпульсов с максимальной И минимальной амплитудами, величину указанной максимальной амплитуды выбирают таким образом, чтобы соответствующий градиент, измеренный на изделии с твердостью, равной полусумме нижней и верхней границ допуска по твердости на Контролируемый класс изделий, был равен или близок к нулю, а при построении корреляционной зависимости используют связь между твердостью изделия и суммой измеренных градиентов.Изобретение относится к исследованиям физических и химических свойств материалов и сплавов и может быть использовано на машиностроительных и металлургических предприятиях для неразрушающего контроля твердости изделий из ферромагнитных сталей, подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки.Известен способ импульсного магнитного контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, при котором изделие намагничивают серией импульсов магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности изделия, при этом амплитуду импульсов магнитного поля в серии сохраняют постоянной, а о свойствах изделия судят по величине градиента 7 Нг 1 нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности над центром намагниченного участка 1.Недостатком известного способа является невозможность контроля твердости изделий из сталей с содержанием более 0,3 углерода, подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки (например, рессорно-пружинных сталей), из-за неоднозначной зависимости градиента 7 Нг 1 от температуры термообработки и твердости изделий из этих сталей.Наиболее близким по технической сущности является способ импульсного магнитного контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, при котором изделие намагничивают серией импульсов магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, при этом амплитуду импульсов в серии сначала увеличивают, а затем уменьшают до минимально возможной величины, после чего измеряют градиент УНЮ нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности над центром намагниченного участка, по величине которого судят о механических свойствах изделия 2.Недостатком известного способа является невозможность контроля твердости изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки (например, рессорно-пружинных сталей), из-за неоднозначной зависимости ТНЮ от температуры термообработки и твердости изделий из этих сталей.Цель настоящего изобретения - обеспечение контроля твердости изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки, например рессорно-пружинных сталей.Сущность изобретения заключается в том, что испытуемое изделие локально намагничивают первой серией возрастающих с шагом АН от нуля до Нш, затем убывающих от Нт до Но по амплитуде импульсов магнитного поля соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, изменяют полярность импульсов, продолжают воздействовать на тот же участок изделия второй серией возрастающих с шагом АНР от нуля до Нрш, а затем убывающих по абсолютной величине от Нрш до Нро амплитудой импульсов того же соленоида с полярностью, противоположной полярности импульсов первой серии, измеряют градиент ТНФШ напряженности поля остаточной намагниченности после импульса с амплитудой Нрт и градиент УНГРШО напряженности поля остаточной намагниченности после последнего импульса с амплитудой Нршо, суммируют измеренные значения, а по сумме УНТ) ТНГРШ УНТРШО и заранее установленному уравнению корреляции судят о твердости.На фиг. 1 показано изменение амплитуды импульсов напряженности магнитного поля во времени по настоящему изобретению.На фиг. 2 показано изменение градиента УНТ напряженности магнитного поля остаточной намагниченности после каждого из импульсов, показанных на фиг. 1.На фиг. 3 показана одна из возможных структурных схем устройства для реализации способа по заявке.На фиг. 4 показана зависимость градиента УНТо (по прототипу), суммы УНТ градиентов, измеренных по настоящему изобретению, и твердости НКС, измеренной стандартнымметодом, от температуры отпуска образцов размером 9 ОХ 12 О 12 мм 3 стали 6 ОС 2, закаленных от температуры 870 С и отпущенных в интервале температур 300-600 С.На фиг. 5 показана зависимость между твердостью НКСМ, рассчитанной по заранее установленному уравнению корреляционной связи НКСМ -2-108-УН 2 Т 0,01038-УНТ 37,138,и твердостью НКС, измеренной на твердомере Роквелла.Способ осуществляют следующим образом. Испытуемое изделие в исходном состоянии после термообработки (закалка плюс отпуск) намагничивают серией импульсов с возрастающей от нуля до НТТТ амплитудой (фиг. 1). При этом величина УНТ изменяется по кривой 1 (фиг. 2). Продолжают намагничивание с убывающей от НТТТ до Но амплитудой(фиг. 1) (УНТ изменяется по кривой 2 (фиг. 2) от УНТТТТ до УНТО), изменяют полярность магнитного поля на противоположную и продолжают воздействовать на тот же участок изделия с увеличивающейся от Нро до НрТТТ амплитудой (фиг. 1) (УНТ изменяется по кривой 3 от УНТо до УНТРТТТ), измеряют величину УНТрТТТ, продолжают воздействовать на тот же участок изделия полем с уменьшающейся по абсолютной величине от Нрш до Нро, измеряют УНТрТТТо, находят УНТ УНТРТТТ УНТРТТТО, а по величине УНТ и заранее установленному уравнению корреляционной связи между УНТ и искомой твердостью находят последнюю.Величину НрТТТ, при которой корреляционная связь предпочтительна, определяют из условия, чтобы величина УНТрТТТо была близкой к нулю на изделии, твердость которого равна полусумме нижней и верхней границе допуска по твердости для контролируемых изделий.Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, показанного на фиг. 3.Устройство содержит блок управления 1, программируемый генератор импульсов тока 2, намагничивающий соленоид 3, внутри которого на его оси расположен феррозондградиентометр 4, блок 5 возбуждения феррозонда-градиентометра, измерительный блок 6,блок памяти 7, вычислительный блок 8, индикатор 9.Для реализации предлагаемого способа устанавливают преобразователь устройства,состоящий из соленоида 3 и градиентометра 4, на поверхность испытуемого изделия так,что ось соленоида перпендикулярна поверхности изделия. Включают блок 1 управления,который запускает программируемый генератор 2 импульсов тока, изменяющихся во времени, как показано на фиг. 1, блок 5 возбуждения феррозонда-градиентометра, и формирует импульсы управления. Импульсы тока, проходя через намагничивающий соленоид 3 преобразователя, создают импульсное магнитное поле, которое намагничивает и перемагничивает локальную область испытуемого изделия (изделие на фиг. 3 не показано). Электрический сигнал феррозонда-градиентометра 4, вторая гармоника которого пропорциональна градиенту напряженности поля локальной остаточной намагниченности изделия,поступает на измерительный блок 6. С измерительного блока 6 сигналы, пропорциональные УНТрТТТ и УНТрТТТо, поступают в блок 7 памяти, где в соответствии с командой с блока управления 1 запоминаются. После окончания всего цикла намагничивания-перемагничивания по сигналу с блока управления 1 запомненные сигналы поступают в вычислительный блок 8,где суммируются, а величина УНТ по заранее установленному уравнению корреляционной связи сигнал преобразуется в величину твердости. Результат вычисления поступает на индикатор 9, который выдает информацию в единицах контролируемой твердости.При новом пуске блока управления 1 все блоки устанавливаются в исходное состояние, и процесс измерения повторяется.Как видно из фиг. 4, для образцов из рессорно-пружинной стали 60 С 2 (содержание уг лерода 0,57-0,62 ) размером 12 Х 90120 ммз, закаленных от температуры 870 С И отпущенных в интервале температур от 300 до 600 С, величина НЮ (по прототипу) не имеет однозначной зависимости от температуры отпуска, поэтому невозможно установить корреляционную связь между ТНЮ и твердостью НКС. Величина УНд однозначно зависит от температуры отпуска, что позволяет установить корреляционную связь между УНТ и твердостью НКС, также однозначно зависящей от температуры отпуска.Как видно из фиг. 5, коэффициент корреляции К между твердостью НКСМ, рассчитанной по результатам измерения УНТ) и измеренной на твердомере Роквелла, близок к единице при небольшой величине дисперсии В рассеяния, что позволяет осуществлять контроль твердости импульсным магнитным методом.Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является расширение области применения импульсного магнитного метода контроля твердости изделий из сталей, содержащих углерода более 0,3 , подвергаемых закалке и вь 1 сокотемпературному (300-600 С) отпуску и не имеющих однозначной зависимости стандартных магнитных характеристик от температуры отпуска.1. Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств сталей. - Мн. Наука и техника, 1980. - 184 с. 2. А.с. СССР 708795, 1982.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.