Введение к работе
Актуальность темы. Среди неразрушащих физических методов от-, руктуроскопии стальных изделий значительное место занимает магнитные, основой которых служит однозначная взаимосвязь магнитных характеристик со структурным состоянием и, соответственно, с прочностными параметрами испытуемых сталей.
При неразрушщем определении изменений, происходящих а структуре ферромагнитных материалов используются такие магнитные характеристики, как остаточная индукция, коэрцитивная сила, максимальная магнитная проницаемость.
Прямой перенос использования, разработанных для литых сталей, магнитных методов контроля на спеченные материалы не всегда возможен, поскольку для изделий порошковой металлургии отмечаются повышенные, по сравнению с литыми аналогичного химического состава, различия физико-механических характеристик из-за особенностей их структурного, состояния и наличия остаточной пористости. Наблюдается неоднородность химического состава по углероду даже в одной партии спекаемых изделий. Прочностные свойства могут иметь отличия в пределах одного образца, ' возможны изменения геометрических размеров детали после прессования и спекания. Колебания геометрических размеров приводят к ошибкам результата измерений магнитных характеристик. В связи с этим важно знание механизмов намагничивания и перемагничивания для оптимального решения вопроса неразрушающего определения качества термической обработки спеченных материалов, необходим поиск новых информативных параметров для целей магнитной структуроскопии, разработка методов отстройки от влияния колебаний геометрических размеров деталей на результат магнитных измерений.
Измерения магнитных характеристик можно осуществить как в замкну той так и в разомкнутой магнитных цепях. Приборы, позволяющие реализовать измерения магнитных характеристик в замкнутой магнитной цепи с помощью приставного электромагнита, имеют такие недостатки, как зависимость показаний от размеров и массы испытуемого изделия, от наличия присущего этому типу датчихов неконтролируемого зазора между датчиком и деталью. Существуют трудности при контроле изделий разных типоразмеров, поскольку фактически для каждого типоразмера изделий необходимо конструирование специальных датчиков или полюсных наконечников электромагнита. В случае испытаний малогабаритных изделий, имеющих к
тому же сложную форму, предпочтительно применение разомкнутой магнитной цели, поскольку возможно осуществление абсолютных измерений магнитных параметров, например коэрцитивной силы, если контролируемое изделие намагничено до состояния технического насыщения. Методы измерения магнитных характеристик легко поддаются автоматизации, что существенно при организации 100 %-иих испытаний деталей прошедших термическую обработку, которые необходимы для изделий порошковой металлургии.
При разработке приборов агнитной структуроскопии в разомкнутой магнитной цепи большое значение имеет выбор алгоритма^намагничивания, поскольку для получения стабильного остаточно намагниченного состояния деталь следует намагнитить до состояния технического насыщек.ш. Необходимо обеспечить быстродействие цикла намагничивания. Использование импульсного намагничивания хотя и повышает быстродействие, но не всегда эффективно из-за явления саморазмагничивания, что приводит к нестабильности получаемого магнитного состояния, особенно для изделий с большим размагничивающим фактором.
Актуальна проблема нвразрушасщего определения качества слоев биметаллических ферромагнитных материалов как на изделиях порошковой металлургии, так и на изделиях из литых сталей (поверхностноупрочнен-ные стальные изделия), поскольку используемые методы контроля направлены лишь на контроль поверхностного слоя компактных ферромагнетиков, тогда как в некоторых случаях возникает проблема неразрушающего определения прочностных свойств и сердцевины детали.
Цель работы заключается в разработке методов и средств магнитной структуроскопии малогабаритных изделий сложной формы и непостоянных размеров из пороиковых и литых конструкционных сталей в разомкнутой магнитной цепи.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
исследование взаимосвязи магнитных характеристик со структурным состоянием и остаточной пористостью порошковых сталей, нахождение информативных параметров для целей магнитной структуроскопии;
разработка магнитных методов контроля качества спекания порошковых сталей и физихо-ыехаьических свойств слоев биметаллических материалов ;
исследование процессов намагничивания, ферромагнит>шх тел с различными физико-механическими характеристиками в импульсных магнитных полях и при воздействии супепозиции импульсного и постоянного
агнитных полей;
- разработка импульсного источника тока для эффективного намаг
ничивания малогабаритных изделий сложной формы в разомкнутой магнит
ной цепи с целыэ использования в приборах магнитной структуроскопии;
разработка приборов неразрушащего контроля качества термической обработки изделий из порошковых и литых сталей в условиях нестабильности их геометрических размеров;
разработка высокопроизводительного метода и устройства для магнитной структуроскопии термообработанных стальных изделий в процессе их движения.
Научная новизна работы работы заключается в следующем:
исследованы магнитные гиетерезисные свойства порошковых сталей на предельных и частных циклах петель магнитного гистерезиса. Обнаружено, что коэрцитивная сила, измеренная на частных циклах петель магнитного гистерезиса в релєзвской области, практически не зависит-от пористости и определяется только структурным состоянием ферромагнетика. Показана возможность определения качества спекания и закалки порошковых сталей по величине коэрцитивной силы, измеренной на предельном цикле петли магнитного гистерезиса при условии постоянной пористости;
исследован закон приближения к магнитному насыщению применительно к пористым ферромагнитным сталям. Обнаружено, что коэффициенты А и В закона приближения к магнитному насыщению коррелируют с пористостью в спеченных сталях и могут быть использованы в качестве параметров неразрушающего определения остаточной пористости спеченных изделий;
- изучена возможность оценки магнитного состояния ферромагнит
ное тел, движущихся через узкую измерительную катушку. Обнаружено,
по форма Э.Д.С., наведенной в измерительной катушке изделием, нахо-
ущимся в остаточно-разцагниченнои состоянии, имеет сложный вид,
)бусловленный появлением в изделии участков неоднородной намагничек-
гости. Предложены способы повышения достоверности определения магнит-
[ого состояізія движущихся ферромагнитных тел независимо от их геомэт-
іических параметров;
. - исследованы условия эффективного намагничивания ферромагнитных ел с различными электрическими и магнитными характеристиками и гее— втрическими размерами в разомкнутой магнитной цепи. Показано, что ффективное намагничивание тел с большим коэффициентом раздапогчива-
ния может выть осуществлено суперпозицией постоянного и импульсного магнитных полей или импульсным магнитным полем с плавным его спадом. Определены оптимальные режимы импульсного намагничивания для целей магнитной структуроскопии.
Практическая значимость работы. Разработан источник импульсного намагничивающего тока, ' обеспечивающий эффективное намагничивание изделий, в том числе изделий с большим коэффициентом размагничивания, в разомкнутой магнитной цепи для использования в приборах магнитной структуроскопии. Разработаны методика опрьделения,качества спекания и 8акалки изделий из спеченных порошковых сталей, приборы АИКС-1 и АИКС-2 для измерения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, в разомкнутой магнитной цепи, приборы серии КТС для контроля качества спекания изделий из вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов, высокопроизводительный прибор П0Т0К-2 и методика контроля ферромагнитных деталей в процессе их движения, по величине остаточного магнитного потока и остаточного магнитного потока после мастичного размагничивания. Предложен мапситный метод контроля качества физико-механических свойств слоев биметаллических стальных изделий. Разработанные приборы внедрены на ряде промышленных предприятий.
Основные результаты, выносимые на защиту:
закономерности изменения магнитных характеристик, измеренных на предельных и частных циклах петель магнитного гистерезиса, при вариациях пористости в спеченных порошковых сталях;
установленные связи между коэффициентами уравнения закона приближения к магнитному насыщению и параметрами структурно-фазового состояния, связанными с изменениями углерода и пористости в спеченных порошковых сталях;
способ и устройство эффективного намагничивания ферромагнитных тел с помощью суперпозиции постоянного и импульсного магнитных полей;
магнитные методы высокопроизводительного контроля физико-механических свойств ферромагнитных деталей в процессе их движения, метод контроля слоев биметаллических стальных изделий по дифференциальной магнитной проницаемости;
равработхи приборов типа КІС, предназначенные для контроля изделий из твердых сплавов, приборов АИКС - для контроля качества тер- ' мообработки изделий из литых и спеченных порошковых сталей по величине коэрцитивной силы, прибора ПОТОК, предназначенного для автоматизированного контроля прочностных свойств стальных изделий в процессе их движения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на II, XII Всесоюзных конференциях "Неразрушающие методы и средства контроля" (Минск, 1931, Свердловск, 1990); на региональных конференциях 'Неразрушающие физические методы и средства контроля материалов и изделий" (Ижевск,1981), "Современные методы неразрушающего контроля и их метрологическое обеспечение" (Свердловск, 1992, Ижевск, 1986), "виэические методы и приборы неразрушающего контроля" (Ижевск, 1969); на II конференции молодых ученых (Ижевск, 1890); на научно-технических конференциях "Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов" (Барнаул, 1991), "Современные методы и средства .черазрушающего магнитного контроля" (Москва, 1991); на семинарах ."Нврр-зрушающив методы контроля в народном хозяйстве" (Рига, 1985), "Проблема проектирования конструкций" (Миасс, 1990).
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 статей в научно-технических журналах, получено б авторских свидетельств СССР на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка литературы из 150 наименований, приложения. Содержит 54 рисунка, 5 таблиц, изложена на 168 страницах машинописного текста.
