Способ контроля твердости ферромагнитных изделий импульсным магнитным методом

(51)01 27/80 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ МЕТОДОМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Мельгуй Михаил Александрович Любарец Алексей Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ контроля твердости ферромагнитных изделий импульсным магнитным методом, при котором изделие намагничивают сериями импульсов аксиально симметричного магнитного поля, ось симметрии которого перпендикулярна поверхности изделия, при этом амплитуду напряженности магнитного поля от импульса к импульсу сначала увеличивают до максимального значения , а затем уменьшают до минимального значения,близкого к нулю, измеряют градиентнапряженности локального поля остаточной намагниченности вдоль оси симметрии и по его величине определяют твердость изделия, Фиг. 1 7887 1 2006.02.28 отличающийся тем, что после окончания уменьшающейся серии импульсов на изделие воздействуют импульсами магнитного поля противоположного направления с амплитудой, возрастающей от импульса к импульсу до значения , а измерение градиентанапряженности поля остаточной намагниченности осуществляют после воздействия импульса амплитудой Нр, причем значениевыбирают из условия,где- амплитуда импульса противоположной полярности, после воздействия которого на изделие с максимальной твердостью градиентнапряженности поля остаточной намагниченности равен нулю. 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 закалке и высокотемпературному отпуску. Известен способ 1 контроля твердости ферромагнитных изделий импульсным магнитным методом, при котором изделие намагничивают серией импульсов аксиально симметричного магнитного поля, ось симметрии которого перпендикулярна поверхности изделия, при этом амплитуду импульсов в серии оставляют постоянной, а о механических свойствах судят по величине градиента напряженности локального поля остаточной намагниченности вдоль оси симметрии после последнего импульса 1. Недостатком известного способа является применимость его только для изделий из материалов, имеющих однозначную зависимость измеряемого градиента напряженности поля остаточной намагниченности от температуры термообработки и, соответственно,твердости изделий, что не позволяет контролировать изделия из сталей, содержащих более 0,3 углерода и подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки, например рессорно-пружинных сталей. Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ 2 контроля твердости изделий из ферромагнитных материалов, при котором изделие намагничивают серией импульсов аксиально симметричного магнитного поля, ось симметрии которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, при этом амплитуду импульсов сначала увеличивают, а затем уменьшают до минимальной величины,после чего измеряют градиент напряженности поля остаточной намагниченности, по величине которого судят о твердости и других механических свойствах изделия. Недостатком известного способа является применимость его только для изделий из материалов, имеющих однозначную зависимость измеряемого градиента напряженности поля остаточной намагниченности от температуры термообработки и, соответственно,твердости изделий, что не позволяет контролировать изделия из сталей, содержащих более 0,3 углерода и подвергаемых высокотемпературному отпуску после закалки, например, рессорно-пружинных сталей. Цель настоящего изобретения - расширение номенклатуры контролируемых сталей. Сущность изобретения заключается в том, что изделие намагничивают серией импульсов аксиально симметричного магнитного поля, ось симметрии которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, амплитуду напряженности магнитного поля от импульса к импульсу сначала увеличивают до максимального значения Н, а затем уменьшают до минимального значения, близкого к нулю, изменяют направление магнитного поля вдоль оси симметрии на противоположное, увеличивают амплитуду от импульса к импульсу до достижения оптимального значения амплитуды Нр напряженности магнитного поля, после воздействия которого измеряют градиент Н напряженности локального поля остаточной намагниченности и по его величине судят о твердости изделия. 2 7887 1 2006.02.28 Оптимальное значение амплитуды Нр напряженности магнитного поля определяют экспериментально из условия р,где рс - величина амплитуды напряженности магнитного поля, после воздействия которого на образец с максимальной твердостью Н 0 (точка пересечения кривой перемагничивания с осью абсцисс). На фиг. 1 показан ход зависимости величины градиента Н напряженности поля остаточной намагниченности двух изделий различной твердости от амплитуды импульсов,сначала увеличиваемых до Н (кривые 1, 1), затем уменьшаемых до минимальной величины (кривые 2, 2), а также после изменения направления импульсов и увеличения их амплитуды (кривые 3, 3). На фиг. 2 показана одна из возможных структурных схем устройства для реализации способа по заявке. На фиг. 3 показана зависимость измеряемого градиента напряженности поля остаточной намагниченности НН 0 (по прототипу), НН (по настоящему изобретению) и твердостиот температуры отпуска закаленной рессорно-пружинной стали 50 ХГФА в интервале температур 20-600 С. На фиг. 4 показана корреляционная связь между НН, измеряемой по настоящему изобретению, и твердостью стали 50 ХГФА. Способ осуществляют следующим образом. Намагничивают испытуемое изделие аксиально симметричным импульсным магнитным полем, амплитуду Н которого сначала увеличивают от импульса к импульсу до максимального значения Н (при этом величина Н возрастает по кривой типа 1 (фиг. 1, затем уменьшают до минимального значения Н 0 (увеличение Н идет по кривой типа 2), изменяют направление магнитного поля вдоль оси симметрии на противоположное и продолжают воздействовать на испытуемое изделие импульсами магнитного поля, амплитуду напряженности которых увеличивают от импульса к импульсу. Изменение Н идет по кривой типа 3. После воздействия импульсом Нр дальнейшее перемагничивание прекращают, измеряют градиент НН напряженности поля остаточной намагниченности и по ее величине и заранее установленной корреляционной связи между Н и твердостью определяют твердость изделия. Амплитуду импульса Нр, после воздействия которого измеряют НН, выбирают из условия НрНрс, где Нрс - амплитуда импульса, после воздействия которого на изделие с максимальной твердостью Н 0. В отличие от прототипа воздействие импульсным магнитным полем, изменяющимся по амплитуде от импульса к импульсу, прекращают не при достижении амплитуды импульсов минимального значения, а после воздействия импульсами противоположного направления с максимальной амплитудой Нр, выбираемой из условия НрНс, а измерение градиента напряженности поля остаточной намагниченности осуществляют не после воздействия импульсом минимальной величины, а после воздействия импульсом р противоположного направления. Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, показанного на фиг. 2. Устройство содержит намагничивающий соленоид 1, внутри которого на его оси расположен феррозонд-градиентометр 2. Намагничивающий соленоид 1 подсоединен через коммутатор 3 к генератору 4 импульсов, амплитуда которых устанавливается блоком 5 управления. Обмотка возбуждения феррозонда-градиентометра 2 подсоединена к генератору возбуждения 6, а измерительная - к измерительному блоку 7, в котором из сигнала,снимаемого с феррозонда-градиентометра 2, выделяется вторая гармоника, пропорциональная градиенту нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагни 3 7887 1 2006.02.28 ченности изделия (на фигуре не показано) после очередного намагничивающего импульса. Усиленный и продетектированный сигнал поступает на индикатор 8. Все устройство питается от блока 9 питания. Предложенный способ с помощью данного устройства реализуется следующим образом. Перед измерением намагничивающий соленоид 1 вместе с расположенным в нем феррозондом-градиентометром 2 устанавливают торцевой поверхностью на контролируемое изделие. При включении устройства блок 5 управления запускает генератор 4 импульсов тока, который формирует импульсы, проходящие через коммутатор 3 и соленоид 1 и намагничивающие контролируемое изделие. Блок 5 управления задает амплитуду импульсов таким образом, чтобы она сначала росла с заданным шагом, достигала максимального значения, а затем уменьшалась до минимального значения. В момент достижения минимального значения амплитуды импульсов тока блок управления 5 подает сигнал на коммутатор 3, который переключает полярность подключения генератора 4 импульсов тока к соленоиду 1. При этом направлении магнитного поля изменение амплитуды импульсов тока задается от минимального до некоторой фиксированной величины , выбранной заранее. В момент окончания импульса с амплитудой р по сигналу с блока 5 управления блок индикации регистрирует величину НН градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности после воздействия серией возрастающих по амплитуде, затем серией убывающих по амплитуде и затем серией импульсов противоположного направления, возрастающих по амплитуде до выбранного значения р амплитуды импульсов. По величине НН определяют твердость контролируемого изделия. При новом пуске блока управления все блоки устанавливаются в исходное состояние и процесс повторяется. Как видно из фиг. 3, величина НН 0 (по прототипу) неоднозначно изменяется с увеличением температуры отпуска закаленной рессорной стали 50 ХГФА и, следовательно, не может служить параметром контроля. В то же время величинаН с увеличением температуры отпуска изменяется однозначно, так же, как и твердость . Это позволяет использовать величину НН для контроля твердости и получить однозначную связь между измеряемой величиной НН и твердостью. Такая связь показана на фиг. 4. Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является расширение области применения импульсного магнитного метода контроля твердости и других механических свойств изделий из ферромагнитных материалов на класс сталей, не имеющих однозначной зависимости результата измерения НН 0 от температуры отпуска. Источники информации 1. Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств сталей. - Мн. Наука и техника, 1980. - С. 140, 141, 151-162. 2. А.с. СССР 708795, 1982. Фиг. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.