close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10698

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 27/72
G 01N 27/80
G 01B 7/02
G 01R 33/12
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ И ТВЕРДОСТИ
ПОВЕРХНОСТНО-УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ ИЗДЕЛИЯ
ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20060514
(22) 2006.05.26
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт прикладной
физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Матюк Владимир Федорович; Мельгуй Михаил Александрович; Пинчуков Дмитрий Анатольевич (BY)
BY 10698 C1 2008.06.30
BY (11) 10698
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 3552 C1, 2000.
BY 3215 C1, 1999.
RU 2044311 C1, 1995.
SU 1388776 A2, 1988.
US 4647856, 1987.
(57)
Способ контроля толщины и твердости поверхностно-упрочненного слоя изделия из
ферромагнитного материала, включающий намагничивание контролируемого изделия изменяющимся по величине и направлению неоднородным импульсным магнитным полем
вначале первой серией из нечетного числа импульсов с постоянной по величине, но изменяющейся по направлению после каждого импульса амплитудой Hиs, затем намагничивание изделия второй серией импульсов с направлением, совпадающим с направлением
последнего импульса первой серии, амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Ни от нуля
Фиг. 1
BY 10698 C1 2008.06.30
до Ни = Hиs, измерение максимального значения градиента ∇Hrnm напряженности поля остаточной намагниченности в процессе намагничивания второй серией, а также величины
градиента ∇Hrns после окончания второй серии, затем намагничивание изделия третьей
серией импульсов того же направления, амплитуду которых уменьшают с тем же шагом
от Hиs до нуля, и измерение величины градиента ∇Hrn0 после окончания третьей серии,
изменение направления магнитного поля на противоположное и намагничивание изделия
четвертой серией импульсов, амплитуду которых увеличивают от нуля до Hиpi = i·∆Ни, где
i - число импульсов в четвертой серии, заданное меньшим, нежели число импульсов второй серии, измерение градиента ∇Hrnpi после окончания четвертой серии, намагничивание
изделия пятой серией импульсов, амплитуду которых уменьшают с тем же шагом от Hиpi
до нуля, измерение величины градиента ∇Hrn0i после окончания пятой серии, изменение
направления магнитного поля на первоначальное и намагничивание изделия шестой серией импульсов, амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Ни от нуля до Hиs, измерение
максимальной величины градиента ∇Hrnmi в процессе намагничивания шестой серией и
определение толщины h упрочненного слоя и твердости HRC его поверхности по уравнениям множественной корреляции
h = а0 + al∇Hrnm + а2∇Hrns + a3∇Hrn0 + a4∇Hrnpi + a5∇Hrn0i + a6∇Hrnmi;
HRC = bo + b1∇Hrnm + b2∇Hrns + b3∇Hrn0 + b4∇Hrnpi + b5∇Hrn0i + b6∇Hrnmi,
где a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6 - коэффициенты уравнений корреляции,
установленные предварительно вместе с оптимальным числом i импульсов в четвертой
серии из условия получения минимальных среднеквадратических отклонений и максимальных коэффициентов корреляции.
Изобретение относится к исследованиям физических свойств материалов и сплавов с
использованием электрических и магнитных измерений и может быть использовано для
неразрушающего контроля толщины и поверхностной твердости упрочненного слоя на
машиностроительных предприятиях, осуществляющих поверхностное упрочнение изделий из ферромагнитных материалов.
Известен способ измерения толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитных изделий, при котором на испытуемый объект воздействуют одновременно постоянным и переменным магнитными полями фиксированной частоты и толщину упрочненного
слоя определяют по величине электрического сигнала на выходе преобразователя [1].
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля качества
поверхностно-упрочненных слоев из-за невозможности одновременного определения толщины и поверхностной твердости упрочненного слоя, например, после закалки изделия
токами высокой частоты (ТВЧ).
Известен способ контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя [2], при котором изделие с упрочненным слоем перемагничивается линейно изменяющимся током и
измеряются ЭДС двух измерительных катушек, охватывающих контролируемое изделие и
дополнительный однородный образец, изготовленный из материала основы, и по результатам обработки ЭДС судят о толщине упрочненного слоя.
Недостатком этого способа является необходимость изготовления дополнительного
образца из материала основы контролируемого изделия, а также невысокая достоверность
контроля из-за невозможности одновременного определения толщины и поверхностной
твердости упрочненного слоя, например, после закалки изделия токами высокой частоты.
Наиболее близким по технической сущности является способ контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия [3], при котором контролируемое изделие перемагничивают изменяющимся по величине и направлению
квазистатическим магнитным полем, измеряют величины намагниченностей на восхо2
BY 10698 C1 2008.06.30
дящем и нисходящем участках петли гистерезиса при заданном магнитном поле, определяют их разность и среднее значение, измеряют коэрцитивную силу контролируемого
изделия и по произведению коэрцитивной силы на отношение разности намагниченностей на восходящем и нисходящем участках петли гистерезиса и их среднему значению
судят о толщине поверхностно-упрочненного слоя.
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля качества
поверхностно-упрочненного слоя из-за невозможности одновременного определения толщины и поверхностной твердости упрочненного слоя, например, после закалки изделия
ТВЧ.
Сущность изобретения заключается в том, что для обеспечения одновременного измерения толщины и твердости поверхностно-упрочненного слоя (например, после закалки
ТВЧ) контролируемое изделие намагничивают изменяющимся по величине и направлению неоднородным импульсным магнитным полем вначале серией из нечетного числа
импульсов с постоянной по величине, но изменяющейся по направлению после каждого
импульса амплитудой, затем намагничивают изделие второй серией импульсов с направлением, совпадающим с направлением последнего импульса в первой серии, амплитуду
которых увеличивают с шагом ∆Hи от нуля до Ни = Ниs, измеряют максимальное значение
градиента ∇Нrnm напряженности поля остаточной намагниченности в процессе намагничивания второй серией, а также градиента ∇Hrns после окончания второй серии, затем намагничивают изделие третьей серией импульсов того же направления, амплитуду которых
уменьшают с тем же шагом от Ниs до нуля, измеряют величину градиента ∇Hrn0 после
окончания третьей серии, изменяют направление магнитного поля на противоположное и
намагничивают изделие четвертой серией импульсов, амплитуду которых увеличивают от
нуля до Hирi = i·∆Hи, где i - число импульсов в четвертой серии, заданное меньшим, нежели число импульсов во второй серии, измеряют градиент ∇Hrnpi после окончания четвертой серии, намагничивают изделие пятой серией импульсов, амплитуду которых
уменьшают с тем же шагом от Нирi до нуля, измеряют величину градиента ∇Hrn0i после
окончания пятой серии, изменяют направление магнитного поля на первоначальное и намагничивают изделие шестой серией импульсов, амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Hи от нуля до Hиs, измеряют максимальную величину градиента ∇Hrnmi в процессе
намагничивания шестой серией, а толщину h упрочненного слоя и твердость HRC его поверхности определяют по уравнениям множественной корреляции типа:
(1)
h = а0 + a1∇Hrnm + a2∇Hrns + a3∇Hrn0 + a4∇Hrnpi + a5∇Hrnoi + a6∇Hrnmi ;
(2)
HRC = b0 + b1∇Hrnm + b2∇Hrns + b3∇Hrn0 + b4∇Hrnpi + b5∇Hrnoi + b6∇Hrnmi ,
где число i импульсов в четвертой серии и коэффициенты а0, а1, а2, а3, а4, a5, a6 и b0, b1, b2,
b3, b4, b5, b6 установлены предварительно из условия получения минимальных среднеквадратических отклонений Sn и максимальных коэффициентов корреляции R.
На фиг. 1 показана последовательность изменения амплитуды импульсов напряженности магнитного поля по величине и направлению во времени.
На фиг. 2 показаны ход изменения величины градиента нормальной составляющей
напряженности поля остаточной намагниченности при намагничивании и перемагничивании импульсным магнитным полем в указанной на фиг. 1 последовательности и измеряемые величины градиентов ∇Hrnm, ∇Hrns, ∇Hrn0, ∇Hrnpi, ∇Hrn0i, ∇Hrnmi.
На фиг. 3 показана одна из возможных структурных схем устройства для реализации
способа.
На фиг. 4 показана корреляция между рассчитанными толщиной hр и твердостью
HRCp по уравнениям множественной корреляции и измеренными толщиной h и поверхностной твердостью HRC для изделий типа "шток амортизатора" диаметром 12, 35 мм, диной 220 мм, закаленных ТВЧ при разных частотах генератора и скоростях нагрева до
разных температур с самоотпуском.
3
BY 10698 C1 2008.06.30
Способ осуществляют следующим образом. На испытуемое изделие в исходном состоянии после закалки ТВЧ и самоотпуска воздействуют первой серией из нечетного числа импульсов неоднородного магнитного поля с амплитудой Ниs, постоянной по величине,
но изменяющейся от импульса к импульсу по направлению (фиг. 1). Такое воздействие
необходимо для получения исходной величины градиента ∇Hrn (фиг. 2) напряженности
поля остаточной намагниченности, не зависящей от магнитного состояния изделия до начала процесса измерения (магнитная подготовка). Затем изделие намагничивают второй
серией импульсов (фиг. 1), амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Hи от нуля до Ниs.
Градиент напряженности поля остаточной намагниченности при этом изменяется по кривой 1 (фиг. 2). В процессе намагничивания второй серией измеряют максимальную величину градиента ∇Hrnm и величину градиента ∇Hrns после окончания этой серии.
Продолжают намагничивание третьей серией импульсов, амплитуду которых уменьшают
от Hиs до нуля (фиг. 1), при этом градиент напряженности поля остаточной намагниченности возрастает по кривой 2 (фиг. 2). После окончания третьей серии импульсов измеряют
величину градиента ∇Hrn0, изменяют направление магнитного поля на противоположное и
намагничивают изделие четвертой серией импульсов (фиг. 1), амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Hи от нуля до Hиpi, где i - заранее установленное число импульсов,
меньшее, чем число импульсов во второй серии, и измеряют величину градиента ∇Hrnpi
после i-го импульса. Продолжают намагничивать изделие пятой серией импульсов, амплитуду которых уменьшают с тем же шагом от Нирi до нуля (фиг. 1), и измеряют величину ∇Hrn0i после окончания пятой серии импульсов. Изменяют направление импульсов на
первоначальное, намагничивают изделие шестой серией импульсов первоначального направления, амплитуду которых увеличивают с шагом ∆Hи от нуля до Ниs, и в процессе намагничивания измеряют максимальную величину градиента ∇Hrnmi на кривой возврата.
Число i импульсов в четвертой серии должно быть меньше числа k импульсов во второй серии, так как в случае, если i = k, получим замкнутую петлю гистерезиса (кривые 12-3-4-5) по градиенту ∇Hrn напряженности поля остаточной намагниченности при импульсном намагничивании (фиг. 2), форма которой существенно отличается от петли гистерезиса при намагничивании в статических и квазистатических магнитных полях [2].
Однако полная петля гистерезиса (при i = k) не представляет интереса для определения
толщины h упрочненного слоя и его поверхностной твердости HRC, так как при Hи = -Hrs
∇Hrni = -∇Hrns, ∇Hrn0i = -∇Hrn0 и нет максимума ∇Hrnmi на кривой 5 при намагничивании
шестой серией импульсов, так что имеет место потеря трех параметров контроля и снижается его достоверность.
Толщину h упрочненного слоя и твердость HRC его поверхности определяют по заранее установленным уравнениям множественной корреляции типа (1) и (2) соответственно,
при этом число i импульсов в четвертой серии и численные величины коэффициентов а0,
а1, а2, а3, а4, а5, a6 и b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6 устанавливают предварительно из условия минимальных среднеквадратических отклонений и максимальных коэффициентов корреляции.
Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, показанного на фиг. 3.
Устройство содержит: блок управления 1, программируемый генератор 2 импульсов
тока, намагничивающий соленоид 3, внутри которого на его оси расположен феррозондградиентометр 4, блок 5 возбуждения феррозонда-градиентометра, измерительный блок 6,
вычислительный блок 7, индикатор 8.
Для реализации предлагаемого способа устанавливают преобразователь устройства,
состоящий из соленоида 3 и феррозонда-градиентометра 4, на поверхность испытуемого
изделия так, что ось соленоида перпендикулярна поверхности изделия. Включают блок
управления 1, который запускает программируемый генератор 2 импульсов тока, изменяющихся во времени, как показано на фиг. 1, блок 5 возбуждения феррозондаградиентометра и формирует импульсы управления. Импульсы тока, проходя через на4
BY 10698 C1 2008.06.30
магничивающий 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 измеряемому градиенту, поступают в вычислительный
блок 7, где в соответствии с командой с блока управления 1 и программой работы вычислительного блока 7 запоминаются максимальные значения градиентов в течение второй и шестой серий импульсов и значения градиентов, измеренных по окончании второй,
третьей, четвертой и пятой серий. После окончания всего цикла намагничивания - перемагничивания по сигналу с блока управления 1 запомненные сигналы пересчитываются
вычислительным блоком 7 по соответствующим соотношениям в значения толщины h и
поверхностной твердости HRC поверхностно-упрочненного слоя. Результаты вычисления
поступают на индикатор 8, который выдает информацию в единицах контролируемой характеристики.
При новом пуске блока управления 1 все блоки устанавливаются в исходное состояние и процесс измерения повторяется.
Как видно из фиг. 4, для исследованных штоков амортизаторов вычисленные величины hp и HRCp хорошо согласуются с измеренными разрушающими методами величинами h и HRC. Полученные результаты позволяют утверждать возможность надежного
осуществления одновременного измерения толщины h и поверхностной твердости HRC
упрочненного слоя, однозначно характеризующих его качество.
Техническим результатом осуществления предлагаемого способа контроля толщины
и твердости поверхностно-упрочненного слоя изделий из ферромагнитных материалов
является впервые обеспеченная возможность полной оценки качества поверхностно упрочненного слоя неразрушающим методом по толщине h и поверхностной твердости
HRC упрочненного слоя.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1310619, МПК G 01N 137/06, 1987.
2. А.с. СССР 1635112, 1991.
3. Патент РБ 3552, МПК G 01N 27/80, 2003.
Фиг. 2
5
BY 10698 C1 2008.06.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
624 Кб
Теги
by10698, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа