close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15510

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15510
(13) C1
(19)
G 01R 33/12 (2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ
МАТЕРИАЛА СТАЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20100596
(22) 2010.04.21
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Сандомирский Сергей Григорьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 1078310 A, 1984.
BY 8091 C1, 2006.
SU 1746338 A1, 1992.
SU 1536330 A1, 1990.
JP 63070181 A, 1988.
DE 3126379 A1, 1983.
(57)
Способ определения остаточной намагниченности материала стального изделия,
включающий измерение в разомкнутой магнитной цепи двух магнитных параметров указанного изделия, одним из которых является намагниченность технического насыщения
MS, и определение искомой остаточной намагниченности с учетом результатов измерения,
отличающийся тем, что в качестве второго магнитного параметра изделия измеряют его
коэрцитивную силу НС, а остаточную намагниченность Mr определяют в соответствии с
соотношением:
M r = 575 + 0,3MS − 57,5H C + 0,1MS + 20H C − 200 − 0,2MS + 37,5H C − 375 ,
BY 15510 C1 2012.02.28
где Mr, MS и НС выражены в кА/м.
Изобретение относится к области определения магнитных свойств изделий, преимущественно изделий из твердых материалов в разомкнутой магнитной цепи.
Известен способ определения магнитной характеристики [1], заключающийся в том,
что в намагничивающей катушке устанавливают эталонный и исследуемые образцы, на
которых установлены измерительные катушки, подключенные к электронно-лучевой
трубке. На экране изображается петля, соответствующая разности петель гистерезиса образцов. Исходя из площади, высоты обоих концов и направления вращения полученной
петли, определяют разность магнитных характеристик исследуемого и эталонного образцов. Недостаток способа - в низкой достоверности результата определения остаточной
намагниченности материала стального изделия, связанной с тем, что сигналы измерительных катушек, установленных на образце разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности ферромагнитного материала образца.
Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы образцов, определяемая их размагничивающим фактором.
BY 15510 C1 2012.02.28
Известен способ определения магнитных характеристик изделия из ферромагнитного
материала [2], включающий перемагничивание изделия низкочастотным магнитным полем, интегрирование и запоминание сигналов индукционной измерительной катушки,
определение магнитных параметров материала изделия по результатам вычислений с использованием проинтегрированных сигналов. Недостаток способа - в низкой достоверности результата определения остаточной намагниченности материала стального изделия,
связанной с тем, что, как и в вышеописанном способе, сигналы измерительных катушек,
установленных на изделиях разомкнутой формы, обладают низкой чувствительностью к
остаточной намагниченности ферромагнитного материала изделий. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает проницаемость формы изделий, определяемая их размагничивающим фактором.
Известен способ измерения остаточного магнитного потока движущихся ферромагнитных цилиндрических изделий [3], включающий перемещение изделия через измерительную катушку, выделение из сигнала катушки импульсов между двумя нулевыми
значениями и между нулевым и экстремальным значением и интегрирование указанных
импульсов. При этом ограничивают возможную несоосность изделия и катушки и вычисляют остаточный магнитный поток в изделии по результатам измерения. Точность измерения остаточного магнитного потока повышается за счет исключения погрешности,
обусловленной зависимостью сигнала в измерительной катушке от размеров изделия. Недостаток способа - в низкой достоверности результата измерения остаточной намагниченности материала стального изделия, связанной с тем, что сигналы измерительной катушки
от изделий разомкнутой формы обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности материала изделий. Определяющее влияние на эти сигналы оказывает коэрцитивная сила и размагничивающий фактор изделия.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения остаточной намагниченности материала стального изделия, реализованный в способе
электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных изделий [4], заключающийся в
том, что движущееся изделие намагничивают в постоянном магнитном поле, преобразуют
в электрический сигнал изменение индукции в процессе намагничивания изделия, при отсутствии намагничивающего поля преобразуют в электрический сигнал изменение индукции, вызванное движением изделия вне намагничивающего поля, выделяют из
полученных сигналов импульсы одной полярности и интегрируют их. Результаты интегрирования пропорциональны максимальной и остаточной намагниченности изделия при
намагничивании.
Недостаток способа в невысокой достоверности результата определения остаточной
намагниченности материала стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи. При достаточно большой напряженности намагничивающего поля результат интегрирования первого однополярного импульса напряжения пропорционален намагниченности технического
насыщения материала изделия. Результат интегрирования второго однополярного импульса напряжения пропорционален остаточной намагниченности изделия, которая пропорциональна коэрцитивной силе, а не остаточной намагниченности материала изделия.
Это связано с тем, что сигналы измерительной катушки от стальных изделий разомкнутой
формы с достаточно большим размагничивающим фактором обладают низкой чувствительностью к остаточной намагниченности их материала. Определяющее влияние на эти
сигналы оказывает коэрцитивная сила и размагничивающий фактор изделия.
Задачей изобретения является повышение достоверности определения остаточной
намагниченности материала стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи путем измерения магнитных параметров изделия, нечувствительных к его размагничивающему
фактору.
Задача решена в способе определения остаточной намагниченности материала стального изделия, включающем измерение в разомкнутой магнитной цепи двух магнитных
2
BY 15510 C1 2012.02.28
параметров указанного изделия, одним из которых является намагниченность технического насыщения MS, и определение искомой остаточной намагниченности с учетом результатов измерения, отличающемся тем, что в качестве второго магнитного параметра
изделия измеряют его коэрцитивную силу HC, а остаточную намагниченность Mr определяют в соответствии с соотношением:
M r = 575 + 0,3MS − 57,5H C + 0,1MS + 20H C − 200 − 0,2MS + 37,5H C − 375 ,
(1)
где Mr, MS и Hc выражены в кА/м.
Повышение достоверности определения остаточной намагниченности материала
стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи достигается благодаря тому, что магнитные параметры MS и HC, измеренные в соответствии с предложенным способом, нечувствительны к размагничивающему фактору изделия, а их математическая комбинация
в соответствии с соотношением (1) определяет середину достоверного диапазона возможного изменения остаточной намагниченности Mr материала стального изделия, имеющего
измеренные величины MS и HC.
Предложенное изобретение поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1 изображена зависимость результатов (X) измерения остаточной намагниченности Mr сталей от их намагниченности MS технического насыщения. Сплошные линии определяют достоверный диапазон возможного изменения Мг при известном
значении MS сталей.
На фиг. 2 изображена зависимость результатов (X) измерения остаточной намагниченности Mr сталей от их коэрцитивной силы HC. Сплошные линии определяют достоверный диапазон возможного изменения Mr при известном значении HC сталей.
На фиг. 3 справочные данные для зависимости магнитных параметров MS(□), HC(■) и
Mr(X) цементированной стали 12Х2Н4А от температуры Tотп отпуска сопоставлены с результатами (•) применения предложенного способа для расчета зависимости Mr(Tотп) этой
стали.
На фиг. 4 результаты (•) определения по предложенному способу зависимости Mr стали 08Ю от температуры Tотж отжига по результату измерения параметров MS(□), HC(■) на
пластинах размером 200x20x1 мм в открытой магнитной цепи сопоставлены с результатами (X) определения зависимости Mr(Tотж) этой стали известным способом.
Реализуется предложенный способ следующим образом. Измерение MS и HC стального изделия в разомкнутой магнитной цепи осуществляют по известным методикам,
например, описанным в [5]. Затем результаты измерения MS и HC стального изделия используют для определения остаточной намагниченности Mr его материала по соотношению (1).
Сущность предложенного способа в следующем.
Предельная петля гистерезиса стального изделия отличается от предельной петли гистерезиса его материала: если намагниченности технического насыщения MS и коэрцитивные силы HC обеих петель гистерезиса равны, то остаточная намагниченность Md
реальных стальных изделий существенно (во много раз) меньше Mr его материала. Поэтому использование результата измерения Md стальных изделий для получения информации
о Mr их материала приводит к получению недостоверных результатов.
В соответствии с настоящим изобретением между Mr сталей, их HC и MS имеется корреляционная связь, определяющая пределы возможного изменения параметра Mr при известных значениях HC и MS. Результат расчета параметра Mr по уравнению (1)
представляет собой середину возможного достоверного диапазона изменения Mr при известных значениях HC и MS.
В подтверждение этому на фиг. 1 и 2 результаты измерения Mr сталей 30, 45, 10ХСНД,
15ХН5МФ, 25Х1МФ, 30ХГСА, 30ХГСНА, 30ХМА, 38ХГН, 38ХМЮА, 38ХС, 40Х,
40Х1НВА, 50ХНМ, 50ХН1М, 40Х10С2М, 12Х2Н4А, 12Х2Н4А цементированной,
18Х2Н4ВА, 18Х2Н4ВА цементированной, 18ХГТ, 27СГ, 45Х, 30ХН3А, 30ХМА, 60С2,
3
BY 15510 C1 2012.02.28
65Г, У7А, У10А, 95Х18 и 9ХГВ после различных режимов отпуска и закалки, а также
отожженных углеродистых сталей сопоставлены с результатами измерения MS и HC этих
сталей. Использованы 593 результата измерения Mr, MS и HC из табл. 1.1, 1.3, 7.2, 9.1,
14.1-14.4, 16.1-16.2, 17.2, 18.4, 21.1, 21.2, 22.1, 22.2, 24.3, 24.4, 26.2, 28.2, 35.1, 35.2, 36.1,
36.2, 51.5-51.8 справочника [6], рис. 1-48 справочника [7] и табл. 2 справочника [8]. По
диапазону изменения магнитных свойств: 200 ≤ Mr ≤ 1350, 500 ≤ MS ≤ 1707 и
0,071 ≤ HC ≤ 7,43 (здесь и далее все магнитные параметры выражены в кА/м) использованные для анализа материалы охватывают практически весь диапазон изменения магнитных свойств сталей.
Анализ результатов, представленных на фиг. 1, показывает, что достоверные значения
Mr сталей заключены в следующем диапазоне их изменения (ограниченном на фиг. 1
сплошными линиями):
(2)
0,4MS ≤ Mr ≤ 0,8MS.
Анализ результатов, представленных на фиг. 2, показывает, что практически все достоверные значения Mr сталей заключены в следующем диапазоне их изменения (ограниченном на фиг. 2 сплошными линиями):
(3)
80(10-HC) ≤ Mr ≤ 150(10-HC).
Следовательно, достоверные значения Mr сталей, с учетом измерения обоих параметров MS и HC, заключены в следующем возможном диапазоне их изменения:
(4)
max{0,4MS;80(10-HC)} ≤ Mr ≤ min{0,8MS;150(10-HC)}.
Значения Mr, рассчитанные по (1), представляют собой средние значения достоверного интервала (4) возможного диапазона изменения Mr.
Значение σ максимально возможной относительной погрешности определения значения Mr по предложенному способу может быть рассчитано по соотношению:
700 + 0,4MS − 70H C − 0,8M s − 150(10 − H C ) − 0,4MS − 80(10 − H C )
σ=
.
(5)
2300 + 1,2MS − 230H C − 0,8M s − 150(10 − H C ) + 0,4M S − 80(10 − H C )
В обосновании правомерности применения разработанного способа на фиг. 3 справочные данные (по рис. 4-6 в [7]) для зависимости магнитных параметров MS, HC и Mr цементированной стали 12Х2Н4А от температуры Tотп отпуска сопоставлены с результатами
расчета зависимости Mr(Tотп) этой стали с использованием соотношения (1). Полученные
результаты показывают, что рассчитанная зависимость Mr(Tотп) качественно верно повторяет справочную зависимость Mr(Tотп), а количественно относительное отклонение результатов расчета Mr от справочных значений существенно меньше рассчитанного по
формуле (5) максимально возможного значения σ ≈ 0,22÷0,29.
В качестве примера реализации предложенного способа определяли зависимость
Mr(Tотж) стали 08Ю по результатам измерения MS и HC пластин сечением 2x20 мм и длиной 200 мм из этой стали, отожженных при различных температурах Tотж. Измерение всех
параметров осуществлено при намагничивании образцов в открытой магнитной цепи соленоида баллистической установки БУ-3 [9]. Напряженность намагничивающего поля
(32 кА/м) по оценкам [10] достаточна для намагничивания образцов указанного размера
до технического насыщения.
На фиг. 4 результаты расчета зависимости Mr(Tотж) стали 08Ю соотношения (1), согласно разработанному способу (сплошная линия), и расчета с использованием (5) возможного диапазона отклонения действительного значения Mr от рассчитанного
(пунктирные линии) сопоставлены с результатами определения зависимости Mr(Tотж) этой
стали известным способом (как остаточной намагниченности Md образцов) [9].
Представленные данные показывают, что результат определения зависимости Mr(Tотж)
стали 08Ю известным способом по остаточной намагниченности Md образцов конечных
размеров после намагничивания до технического насыщения является не достоверным,
так как находится далеко за пределами возможного диапазона изменения остаточной
4
BY 15510 C1 2012.02.28
намагниченности Mr сталей, имеющих заданные MS и HC. Напротив, результат определения зависимости Mr(Tотж) стали 08Ю предложенным способом является достоверным, так
как все результаты измерения соответствуют середине возможного диапазона изменения
остаточной намагниченности Mr сталей, имеющих заданные MS и HC. Максимально возможное относительное отклонение σ ≈ 0,18÷0,22 между результатами расчета по (1) и
действительным значением Mr приемлемо для многих практических задач.
Использование разработанного способа позволит определять остаточную намагниченность Mr материала стальных изделий в разомкнутой магнитной цепи, когда ее измерение
по стандартным методикам невозможно.
Источники информации:
1. Заявка Японии 49-20557, 1974.
2. Патент РБ 10534, 2008.
3. SU 1486967, 1989.
4. SU 1078310, 1984 (прототип).
5. Чернышев Е.Т, Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. - М.: Изд. Стандартов, 1969. - 248 с.
6. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 218 с.
7. Белов Н.Я., Вишнякова Е.М., Лаврентьев Л.С. и др. Магнитные и электрические
свойства конструкционных и низколегированных сталей. - Л.: Ленинградский дом научнотехнической пропаганды, 1969. - 36 с.
8. Михеев М.Н., Морозова В.М. Магнитные и электрические свойства стали после
различных видов термообработки. - М.: ОНТИ по приборостроению ЦНИИКА, 1964. - 46
с.
9. Мельгуй М.А., Шидловская Э.А., Востриков А.А. и др. Неразрушающий контроль
механических свойств сталей для глубокой штамповки // Сталь. - 1977. № 2. - С. 167-170.
10. Сандомирский С.Г. Выбор величины намагничивающего поля при магнитоструктурном анализе ферромагнитных изделий // Дефектоскопия. - 1991. - № 7. - С. 42-48.
Фиг. 1
5
BY 15510 C1 2012.02.28
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
488 Кб
Теги
by15510, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа