Магнитный структурный анализ

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Метод магнитного структурного анализа 6
1.1. Физическая сущность метода 6
1.2 Магнитные параметры неразрушающего контроля 14
1.3. Структурная чувствительность магнитных свойств 16
1.4 Способы и средства локального измерения магнитных свойств массивных ферромагнитных объектов 17
2. Коэрцитиметры и магнитные структуроскопы 18
3. Результаты экспериментальных исследований 22
Заключение 27
Литература 28

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-2В 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 исследованийВ 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 10х10х65 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 – 20Х13ЗаключениеРассмотрено 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. ЛитератураГоркунов Э.С. Использование магнитного структурно-фазового анализа для диагностики и оценки ресурса изделий и элементов конструкций. Часть 1 / ГоркуновЭ.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. Handbook of Magnetic Measurements Series: Series in Sensors / S. Tumanski. - USA: CRC Press, 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