автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Магнитные свойства и методы контроля качества термически и деформационно упрочненных сталей

Р Г Б ОД

- 8 МАЯ 1995

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДШНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ

На правах рукописи

ПАРЬКОВА Татьяне Павловна

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТЕРМИЧЕСКИ И ДЕФОРМАЦИОННО УПРОЧНЕННЫХ СТАЛЕЙ

05-02.11 - Методы контроля я диагностики в машиностроении

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1995

Работе выполнена в лаборатории магнитного структурного анализа Института физики металлов УрО РАН.

Научный руководитель - доктор технических наук Вида Григорий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технически* нар

Корзунин Геннадий Семенович, кандидат физико-математических нар

Ульянов Александр Иванович

Ведущее предприятие - Научно-производственное объединение "Спектр" (г.Москва)

Защита состоится " % " юсн-л 1995 г. в часов на заседании диссертационнного. совета К 002.03.01 в Институте физики металлов УрО РАН по адресу : 620219 г.Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института фиьикн металлов УрО РАН.

Автореферат разослан " 15 И ¿ил|-и 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических нар В.Р.Галахов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Мда.иность_теш. Градационно применяемые в нераэруиадем контроле структуры и механических свойств стальных и чугунных изделий коэрцитивная сила, остаточная магнитная индукция, мэксималь-ная и н&чальная магнитные проницаемости, намагниченность насыщения и др, к настоящему времени, достаточно полно исследованы. Очерчен круг их применения в магнитной сггруктуроскопии. Вместе с тем, воз. никают задачи, для решения которых перечисленных выше магнитных свойств недостаточно.Поэтому всегда актуальными будут поиск новых информативных параметров неразрушаицего магнитного контроля, исследование их чувствительности к процессам фазовых и структурных превращений в сталях, разработка новых методик и приборов. Многовариантность режимов термического воздействия, разнообразие применяемых в технике сталей и требований к их эксплуатационным • характеристикам оправдывают экспериментальный подход и формирование представительной базы данных о физических, в том числе и магнитных, свойствах. Накопленную информацию желательно систематизировать и представлять в виде, позволящем осуществлять выбор параметров при решении конкретных задач магнитного контроля качества изделий путем использования средств вычислительной техники. В частности,статистические модели связей магнитных свойств с химическим составом и параметрами термообработки сталей могут быть использованы для выбора параметров и приборов неразрушаицего контроля. Пр таком подходе удается исключить длительную и дорогостоящую часть работ по исследованию магнитных свойств на образцах и убедиться в правильности выбора параметра контроля, испытывая приборы сразу в производственных условиях непосредственно на деталях.

Приборами веразррающего контроля магнитные характеристики вещества как таковые не измеряются. Форма Деталей, разомкнутая или замкнутая неоднородная магнитная цепь приводят к тему, что приход дится иметь дело с магнитными свойствами тел, коэффициент формы

3

которых неопределен, а его влияние на информационны! сигнал прибо] связано с используемой методикой измерения. Только в том случае, когда установлены магнитные характеристики, вносящие основной вкл; в измеряемый сигнал, удается реализовать оптимальный вариант коне рукции прибора и его эффективное использование при решении задач магнитной структуроскопии.

Вопрос о возможности неразрушакщего контроля ударной вязкост! малоуглеродистых низколегированных сталей магнитными методами до сих пор остается открытым. Характер связи ударной вязкости с коэрцитивной силой проката из сталей этого класса предполагается в виде кривой с максимумом. Пониженная ударная вязкость соответствует низким и высоким для данной марки стали значениям коэрцитивной силы. Необходимо убедиться в закономерности и достоверности такого типа связи, установить факторы, обуславливающие и нарушающие ее.

Цель_работы состоит в изучении взаимосвязи магнитных и механических свойств термообработанных или подвергнутых деформационному воздействию сталей различных классов и разработке оптимальных методик магнитного контроля их качества.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- провести экспериментальное исследование магнитных свойств сталей различных классов при вариациях температур закалки и отпуска, обобщить полученные данные путем построения статистических моделей связи магнитных свойств с химическим составом и параметрами термообработки;

- сформулировать критерии выбора режимов перемапшчивания из; лий в разомкнутой и замкнутой магнитных цепях, при которых наибол< еффективно реализуются установленные связи магнитных характериетш с процессами отпуска закаленных сталей;

- изучить магнитные и механические свойства холодаодеформиро-ванных и термически обработанных низкоуглеродистых сталей и обосн< вать выбор параметров магнитного контроля изделий из таких сталей получаемых глубокой вытяжкой в несколько проходов с промежуточны-

4

ми термическими обработками;

- изучить влияние составляющих структуры и неметаллических включений не характер корреляционной связи ударной вязкости с коер цитивной силой прокате из малоуглеродисто! низколегированных отелей с целью повышения надежности нераэрушашего контроля ударной зязкоо-ти магнитным методом.

Научная новизна.

1. В практику структуроскошш введены новые магнитные паремет ры:_-релаксационная намагниченность (индукция) и релаксационная магнитная восприимчивость.

2. Показано, что информативность релаксационной коэрцитивной силы тела и остаточной намагниченности тела при перемагничивании по несимметричным петлям гистерезиса ках параметров контроля качества среднего и высокотемпературного отпуска сталей с содержанием углероде более 0,3 % обусловлена следующими характеристиками вещества: релаксационными намагниченностью и магнитной восприимчивостью, а также коэрцитивной силой.

3. Построены статистические модели, позволяющие прогнозировать изменение релаксационной намагниченности и коэрцитивной силы е температурой отпуска, исходя из химического состава и температуры закалки сталей, наиболее чаото.используемых в машиностроении.

4. Получены выражения дЛя оценки допустимого коэф|ици9Нта фор мы изделий и величин перемагничивавдего магнитного поля или индукции, при которых имеет место однозначная зависимость остаточной магнитной индукции теле от температуры отпуска дакалешшх сталей при перемагничивании изделий в разомкнутой магнитной цепи.

Экспериментально и расчетным путем установлен характер влияния параметров магнитной цепи приставного электромагнита приборов МС-1 и МС-2 на величины выходных сигналов, полученных в режиме измерения остаточной магнитной индукции при частичном перемагничивании изделий до одинаковых величин магнитной индукции и магнитодвижущей силы.

5. Результатами корреляционного анализа зависимостей, ударной вязкости и коэрцитивной силы от характеристик структуры, обоснована закономерность связи ,уд8рной;вязкости при низки -температурах-испытаний с коэрцитивной силой проката-из . сталей -09Г2 и _09Г2Я ;в :виде кривой Л максимумом. 'у* -.^ст.-сгзцр'й : .«и-.

ПЬактическая ценность работы. -^жу^геятзг&л -

Сведения об общих закономерностях изменения- релаксационных магнитных свойств сталей-в зависимосталт .теюератур-закалки. и отпуска-позволили значительшурасширить жрушзадач неразрушащего контроля, решаемых магнитными методами. Предложенный расчетный.метод прогнозирования возможности магнитного контроля и представленные результаты измерений магаитных овойств 32-х марок сталей являются удобным справочным материалом и представляют интерес для разработчиков средств неразрушащего контроля и работников заводских лабораторий, реализующих методы контроля изделий в производственных условиях.

Результаты експериментального и расчетного исследования влияния параметров магнитной цепи и режимов перемагничивания на работу приставного электромагнитного устройства с ферродатчиком реализованы в приборах неразрушапдего контроля МС-1, МС-2 и СКИ&-0286.

Разработанные методики магнитного неразрушащего контроля эксплуатационных свойств изделий после различных видов термообработки внедрены на промышленных предприятиях.

Основные результаты^ выносимые" на защиту. •

1. Экспериментально установленные* закономерности изменения релаксационных магнитит свойств сталей различных классов-в зависимости от температурши>ева51^^ их использования для магн^огоТюнтрсиш^

работанных углеродистых, низколегированных, высоко1рс«исты1и мар-тенегано^тарепцих сталей." ^-пгяг 42«::'-.

2. Результаты статистического моделированиялохямическому составу и параметрам термообработки закономерностей изменения релйк-

6

сационной намагниченности и коврцитивной силы сталей при увеличении температуры отпуска.

3. Рекомендации по выбору магнитных параметров контроля механических свойств стальных изделий после холодной пластической деформация, рекрпсталлизационного отжига, закалки и отпуска.

4. Результаты расчетного и бкспериментального исследования работы приставного электромагнитного устройства с феррозовдовыи индикатором в режиме измерения остаточной магнитной индукции при пере-«агничивании изделий до одинаковых магнитных индукций или магнитодвижущих сил. Критерии выбора оптимальных параметров перемагничи-вания изделий в замкнутой и разомкнутой магнитных цепях.

5. Обоснование характера корреляционной связи ударной вязкости при пониженных температурах испытания с коэрцитивной силой малоуглеродистых и низколегированных сталей в виде кривой с максимумом.

Апробация работы. Основные результаты доложены на X Международной конференции по'неразрушавдему контролю (Москва, 1982 г.), на УШ-П Всесоюзных научно-технических конференциях по физическим методам и средствам контроля (Кишинев, 1977 г., Минск, 1981 г., Львов, 1984 г., Москва, 1987 г.), на Ш,П,71 Всесоюзных межвузовских конференциях по електрсмагнитным методам неразрушащего копт-роля (Куйбышев, 1978 г., Смск, 1983 г., Могилев 1992 г.), на V научно-технической конференции по судовому магнетизму (Ленинград, 1984 г.), на Ш Всесоюзной конференции по проблемам магнитных из,-мерений и магнитоизмерительной аппаратуры (Ленинград, 1989 г.), на 1,Л,У-УП,Х,НУ Уральских научно-технических конференциях "Современные методы неразрушащего контроля и их метрологическое обеспечение" (Свердловск, ¡980,1981 г., Ижевск 1984,1986,1989 г..Челябинск, 1988 г., Тюмень, 1994 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературу. Она изложена на 153 страницах, включая 35 рисунков я 12 таблиц. Список литературы состоит из 159 наименований.

7

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во .введении показана актуальность теиы исследований, обоснован выбор обгектов исследования, сформулирована цель работы, указаны научная новизна, практическое значение и выносимые на защиту результаты. .

Первая^глава содержит обзор теоретических и экспериментальных работ, которыми обосновывается постановка задачи данного исследования и анализ полученных результатов.

Б первом параграфе рассмотрена в общем виде схема причинно-следственных связей в задачах структуроскопш.

Во втором параграфе рассмотрены сделанные на основе весьма приближенных модельных представлений .выводы о влиянии на релаксационные магнитные свойства параметров доменной структуры и структурных факторов (плотности дислокаций, величины внутренних напряжений, объема и дисперсности частиц выделившейся фазы). Число публикаций теоретического слана по етому вопросу не велико {1л-4л], а амученниэ в них рвоаеише оценки величин релаксационных магнитных • свойств сталей, кувдаатся б экспериментальном подтверждении и сбос-асьании. В группу релаксационных магнитных свойств выделены: релаксационная коэрцитивная сила Ну (ГОСТ 19693-74), намагниченность ^ (индукция В ) на предельной петле гистерезиса, соответствующая по-

Ир

лю Нр, - релаксационная намагниченность, и-средняя магнитная восприимчивость на кривой возврата в статически размагниченное состоят нив хр= М^/Нр - релаксационная магнитная восприимчивость.

В третьем параграфе приводятся данные по статистическому моделированию связей между механическими и магнитными свойствами сталей. Анализ литературных данных показывает, что статические механические свойства холодно- .и горячекатаного проката из мало- и среднеуглеродастых сталей адекватно описываются линейными и квадра-тачшши однопзраметровыми уравнениями, факторным признаком в кото-рях чвляется коБрцитиБнин сила. Линейные регрессионные модели ие-

8

гользуются при коврцитиметрическом контроле структуры заввтектоид-гнт отожженных сталей. Метода статистического моделирования еще не меюг широкого использования при магнитном контроле качества тер-(ообработаннш сталей.

В заключении главы ставятся задача исследования информативной (енностн релаксационных магнитных свойств как параметре» неразружа сщего контроля в.возможностей статистического моделирования при грогнозированйи магнитных свойств термообработашш сталей и удар-юй вязкости проката из малоуглеродистых низколегированных сталей.

Во второй главе описаны технология приготовления образцов, вы-5ор материала для исследований, экспериментаяьные установки и мето-щки.

Для изучения магнитных и механических свойств были выбраны зтали с таким содержанием углерода и легирущих элементов, чтобы за зчет рассада мартенсита и остаточного аустенита в различных температурных интервалах отпуска до (550-600) °С и изменений карбидной {азы в интервале (400-700)° получить качественно различные закономерности изменения структурно-чувствительных магнитных характерис-гак в зависимости от температур! отпуска.

Исследованы стали различных классов, широко используемые в зовременном машиностроении: углеродистые - 35, У8, У10А; низко- и зреднелегированные -11ЮА, 09Г2, 12ХНЗА, 15ХСВД, 20ХНЗА, 20Н2М, Ш1к, ЗОХМА, ЗОХГСА, 30X3®, ЗОХША, 38ХС, 38XH3MA, 40Х, 40ХФА, 40ХН2МА, 5ХНН, 65С2ВД, 75Г, ШХ15; высоколегированные - 12X13, 14Х17Н2, 30X13, 40X13, 95X18; мартенситно-стареющие стали марок ЧС5ВИ и ЧС25ВИ.

Образцы с прямоугольным сечением имели размеры 10x10, 9,5x9,5, 9x9, 8x8, 7x7, 5,5x8 мм и длину 65 мм. Мэазцы подвергали термической обработке по режимам, принятым для промышленных деталей из указанных марок сталей. Температуру закалки варьировали в диапазоне (700-1100)°, отпуска - (20-700)°. Суммарную степень относительной деформации стали 11ЮА определяли по формуле ¿-(h-h^/h, где h -

9

толщина заготовки до прокатки, - после.

Для определения релаксационных мягнитних свойств вещества на образцах разомкнутой формы предложена методика, основанная на фиксации статически размагниченного состояния образца по равенству нулю его внутреннего магнитного поля.

§_Ш£ьей_главе приводятся результаты исследования релаксационных магнитных свойств различных сталей в зависимости от температур закалки и отпуска и их обобщение.

Показано, что релаксационная коэрцитивная сила всех изученных сталей при вариациях режимов термообработки изменяется аналогично коэрцитивной силе, превышая ее значения не более чем на три процента.

При переходе от структур недогрева при закалке к мартенсит-¡ш структурам релаксационные намагниченность и коэрцитивная сила увеличиваются, 8 релаксационная магнитная восприимчивость уменьшается. Начиная с некоторой температуры нагрева под закалку, дальнейшее ее повышение, не приводящее к увеличению количества остаточного аустенита, не меняет достигнутого уровня релаксационных магнитных свойств.

Наибольший интерес для неразрушающего магнитного контроля представляет характер изменения релаксационной намагниченности от температуры отпуска закаленных углеродистых легированных и высокохромистых сталей. М„ практически не меняется или имеет слабый

"Г

рост при температурах первого к второго превращений при отпуске

углеродистых легированных сталей. В интервале температур отпуска

О о

350 <Тотп<650 релаксационная намагниченность етих сталей уменьшается более чем в два раза. Для выеокохромистых сталей уменьшение Н}) происходит а относительно более узком интервале Т:(500-600)° г

\ О О л п

либо (550-750) . Интервал монотонного изменения релаксационной намагниченности приходится на температуры отпуска, при которых в сталях протеквют процессы постепенного перехода продуктов распада мартенсита и остаточного аустенита к более равновесным структурам от-

10

пуска в результате изменения плотности и перераспределения структурных несовершенств, вызванных закалкой, развития процессов коагуляции карбидов и рекристаллизации а-фазы. Появление в структуре за каленных сталей остаточного аустенита в количестве 6 % и более сни твет релаксационные намагниченность и магнитную восприимчивость. Распад при отпуске или обработке холодом остаточного аустенита вызывает повышение уровней ^ и •

Зависимость релаксационной магнитной восприимчивости хг от температур отпуска имеет вид кривой с максимумом. Положение максимума приходится на интервал Тотп=(300-500)°. Увеличение степени легирования стали, особенно хромом, смещает максимум хр к верхней границе указанного интервала.

Изменения коэрцитивной силы и релаксационной намагниченности-с температурой отпуска имеют с точки зрения неразрраицего контроля качества отпуска закаленных сталей взаимодополняющий характер. При процессах распада мартенсита и остаточного аустенита. значительно уменьшается Нс, а М^ изменяется мало. При более высоких Тотп коэрцитивная сила меняется слабо или неоднозначно, но при этом интенсивно убывает релаксационная намагниченность. Такое изменение магнитных свойств вещества обуславливает при определенных коэффициентах формы изделий монотонное уменьшение релаксационной коэрцитивной силы тела от температур отпуска. Использование ^ и Нс в качестве параметров контроля позволяет магнитными-методами определять качество отпуска углеродистых легированных сталей практически при всех используемых Тотп.

Накопленный при исследовании 32-х марок сталей мвтериал, представляющий интерес для практических целей неразрушащего контроля, сведен в таблицу. В ней приведены интервалы температур отпуска, в которых релаксационная намагниченность изменяется однозначно, указаны пределы изменения ^ и интерзал изменения твердости, прихо дящийся на них. Гакчя же информация приведена я для коэрцитивной силы. Кроме того, указаны интервалы монотонного изменения *г от

11.

Т . Таблица содержит справочный материал, необходимый для выбора наиболее удобного параметра контроля качества отпуска конкретной стали с нужном диапазоне твердостей.

На основе изученных закономерностей были построены линейные модели связей релаксационной намагниченности и коэрцитивной силы при фиксированных температурах отпуска с химическим составом и температурой закалки. Обучающую выборку составили 25 марок углеродистых легированных и высокохромистых сталей. Интервалы вариаций Тзак и содержания легирующих элементов и примесей в ней составляют: Т =(800-1070)° ; С=(0,10-1,02) % } Б1=(0,19-1,60) % ; Мп=(0,22-

оаК

1,73) % 5 Сг=(0,10-18,0) % ; М1=(0-2,95) % I Мо=(0-0,26) % ; 5= (0,005-0,025) % ; р=(0,009-0,036) % .

п

Рассматривали модели вида М= А ^А.Т £ АД,, где М- маг-

О I ойК -I 1

нитиая характеристика (М_. или Нл), X, - процентное содержание

Х1г С X

элемента химического состава.

Анализ нормированных коэффициентов регрессии моделей, содержащих ьсе перечисленные выше элементы, .показал, что наибольшее влияние оказывают на коорщтшную силу: Т „, С, Сг, Мо, Мл, а на

ЗУК

релаксационную намагниченность эти же параметры, за исключением Б1.

Поэтому были рассчитаны при фиксированных температурах отпуска (20,

200,300,400,500,550 и 650°) коэффициенты регрессии 6-ти параметро-

вой модели для Н„ и 5-ти параметровой модели для !.!„ . Результаты о нр

сравнения эксперимента с расчетом подтвердил! правомочность использования предложенных моделей для-целей нерозрушающего контроля.

!Л^™5ртой_главе рассмотрены режимы перемагничивания при контроле качества отпуска изделий по величине остаточной магнитной индукции тела , измеряемой после предварительного намагничивания в разомкнутой магнитной цепи и в цепи приставного электромагнита магнитных структуроекопов МС-1 и МС-2. Получены выражений для остаточной магнитной индукции тела и величины выходного сигнала измерительной сбмотки феррозонда Значения В^ и I ' выражены через

магнитные свойства контролируемого материала (релаксационные магнитные свойства, коэрцитивную силу) и параметры режимов переыагни-чивания: величину внешнего магнитного поля Нпе и индукции Вп в разомкнутой магнитной цепи и их аналогов в цепи приставного электромагнита. Расчетные выражения получены в предположении прямолинейности спинки петли гистерезиса в области максимальной магнитной проницаемости и параллельности кривых возврата, начинающихся в полях, близких полю'релаксационной коэрцитивной силы Нр.

При перемапшчивании изделий в разомкнутой магнитной цепи до определенного уровня магнитной индукции Вд :

В(1=(В11-ВН1>)(т-1)Нс/Нг(хг+т), (1)

го значений внешнего перемагничиванцего поля Нпе :

И0(Хр+1)(т-1)Н0 тНП0-(хг+ш)Нр (2)

■•де ш - ко&ффвдиент формы изделия, р =4пх1СГ^Гн/м.

Л д О

При условии ВГ1)В„ , где Ви - максимальное значение релаксаци-

II Нг* Нг

>нной магнитной индукции на кривой В„ (Т „) для контролируемой

Нг О^П

1арки стали, зависимость В,}(Тотп) при Тотп>300- будет однознач-юй. Влияние зависимости Хр(Тотг1) в данном случае таково, что воз-)астание релаксационной магнитной восприимчивости до максимальных значений на кривой Хр(Тотп) будет снижать чувствительность В^ к .зменению температуры отпуска, а последующее уменьшение хр увели-ивать ее на величину множителя (пМ)/(хр+т).

В случае перемагничивания до одинаковых внешних магнитных по-ей зависимость остаточной магнитной индукции тела от температуры тпуска будет определяться изменением с Тотп двух характеристик: с и хр, каждая из которых меняется неоднозначно. Однако, для бразцов с определенными значениями т можно подобрать такое поле пе, что для многих марок сталей остаточная магнитная индукция тела температурой отпуска будет монотонно уменьшаться. В работе сдала-ы оценки для выбора величины внешнего магнитного поля, обеспечива-щего получение удобной для контроля зависимости В(}(Тотп) для де-

13 ' 1

талей с известным коэффициентом формы, и предельно допустимого значения тдоп , выше которого метод контроля качества отпуска изделий по величине остаточной магнитной индукции уже не применим.

Аналогами рассмотренных режимов перемагаичивания в цепи приставного электромагнита будут перемагничивание до определенных магнитных индукций в изделии В^ и равных магнитодвижущих сил М. Выражения для сигаалов 1ГО в измерительной обмотке ферродатчика, полученные в режиме измерения остаточной магнитной индукции, имет вид :

1го=р[фавНв+а(^(Впи"ВнР)БЛ1/(К_пКР1) при В^сопз!, (3)

и 1 и„п+и„(1-п')-М 1го=У(Фд„40+-------(--------------1]} при М=с0п81, (4)

где р.у.К^.г^ - параметры, зависящие от свойств материала ферродатчика и его конструкции', «=^/1^, п=(Ни+й5)/(йр1+йи+К5);

и й^ -магнитные сопротивления потокам рассеяния и в зазоре между изделием и полюсами; фд0 и Й0 - остаточный магнитный поток и дифференциальное магнитное сопротивление сердечника электромагнита;

Б„ - средняя еффективная площадь поперечного сечения перемагничива-и

емого участка изделия; - дифференциальное магнитное сопротивление изделия при перемагничивании его по кривой возврата; исэ и иси - падения магнитного потенциала на электромагните и изделии, Й^ и и' - соответствующие им дифференциальные магнитные сопротивления.

Из (3) видно, что кроме разницы (Вш-Вн^) на зависимость 1го(Тотп) влияет дифференциальное магнитное сопротивление изделия на кривой возврата. и другие параметры магнитной цепи, необходимые для расчета по (3), были определены для образцов стали У8, отпущенных при разных температурах. Оказалось, что Ни(Тотп) уменьшается при Тотп>350°, что в сочетании о падением релаксационной магнитной индукции обеспечивает хорошую чувствительность сигнала к изменению Тотп стали У8, несмотря на наличие у нее локального максимума коэрцитивной силы.

Выражение (4) обнаруживает более сложное влияние характерис-

14

тик изделия и параметров магнитной цепи на выходной сигнал 1ро при перемагничивании в режиме М=сопви Кроме уже упоминавшихся параметров Вн на ход дополнительно оказывает влияние коэрцитивная сила изделия Нси=иси/1и (1и - средняя эффективная длина промагничиваемого участка изделия). На образцах сталей ЗОХГСА, 75Г и У8 о различным изменением коэрцитивной силы при отпуске экспериментально определяли значения параметров магнитной цепи и анализировали их влияние на ход ^(Т^). В результате показано, что режим М=соп81; работает на сталях о Н„ мало изменяющейся при отпус -

V

ке, а Для сталей о ярко выраженным локальным максимумом следует применять режим Вга=соп81;.

В пятой главе рассмотрены возможности магнитного контроля механических свойств малоуглеродистых низколегированных сталей. Принципиальная возможность использования коэрцитивной силы для контроля степени пластической деформации и качества рекристаллизационного отжига малоуглеродистых сталей обоснована рядом работ; Однако, к изделиям из стали 11ЮА, получаемым глубокой вытяжкой в несколько проходов с промежуточными отжигами и упрочненным- в некоторых зонах закалкой и отпуском, предъявляются высокие требования. Поэтому для разработки магнитного контроля предела прочности и относительного удлинения необходимо было исследовать зависимости магнитных и механических свойств стали 11ЮА при различных степенях пластической деформации и температурах термообработок.

Показано, что коэрцитивная сила, предел прочности ав возрастают, а максимальная магнитная проницаемость и _ и относительное удлинение 5 уменьшаются с повышением степени холодной пластической деформации е стали 11ЮА. Колебание химического состава в пределах марки стали, особенно при больших е, на исследуемые свойства существенного влияния не оказывает. Изменение свойств деформированных на 80 % образцов в зависимости от температуры отжига обнаруживает хорошую чувствительность магнитных свойств к процессу старения феррита. Снижение ов и возрастание б, связанные с возвратом и рекрис-

15

таллизацией феррита, а такае, отчасти, коагуляцией цементита, вызывают дальнейший рост и падение Нс. Влияние процессов собирательной и вторичной рекристаллизации на ов, в и Нс одинаково. Максимальная магнитная проницаемость изменяется с ростом среднего размера равноосного зерна при Тотк=(700-900)°. Надежным параметром контроля предела прочности в плаотичноств стала 11ЮА при закалке и отпуске также могут служить коврцитивная сила и д^.

Шервые предположение о взаимосвязи ударной вязкости КСО и ко-врцитивной силы малоуглеродистых низколегированных сталей в виде кривой с максимумом было высказано на основе анализа данных по измерениям КС1Г*0 (температура ударных испытаний -40°) и Не на листовом прокате из сталей 20к и 09Г2. Такой же вид связи КСИ(Нс) установлен для балки N60 из сталей 09Г2 и 09Г2Д при температурах испытаний -40 и -60°. Для обоснования ее закономерности применен корреляционный анализ связей ударной вязкости и коэрцитивной силы сталей 09Г2 и 09Г2Д с возможно более полным кругом факторов, определяющих физические свойства стали. В качестве влияющих параметров рассматривались: процентное содержание перлита и бейнита, размеры фер-ритного и исходного вуотенитного зерен, баллов неметаллических включений (оксидов строчечных и точечных, силикатов хрупких, пластичных и недеформированных, сульфидов), а также некоторых элементов химического состава.

Анализ коэффициентов парной корреляции г между физическими свойствами и характеристиками структуры позволил сделать следующие

выводы. Определяющими параметрами предполагаемой связи КС11(Н ) яви

дявтся размер зерна феррита и процентное содержание бейнита. Увеличение размера ферритного зерна приводит к снижению как ударной вязкости, так и коэрцитивной силы, а появление в структуре бейнита сникает КСи и увеличивает Нс> Это заключение подтверждают результаты металлографического исследования тенденции изменения структуры стали 09Г2 при увеличении коэрцитивной силы, сделанные в сопоставлении с ударной вязкостью, определенной при -40 °С.

Размер исходного аустетатноГо зерна, содержание перлита (в 'руктурах с низкими и средними значениями.коэрцитивной силы), бал-I неметаллических включений составляют группу факторов, которые ¡уславливают разброс данных около линии регрессии КС0(Нс) и увеличит погрешность определения ударной вязкости коврцитиметрическим 1Тодом. Снизить погрешность магнитного метода можно учетом в урав-ниях регрессии, соответствующим разным участкам кривой КС11(Нс), оцентного содержания некоторых элементов химического состава.

В шестой главе описано практическое применение предложенных тодик магнитного контроля структуры и механических свойств дета-й и изделий из разных марок сталей и чугунов.

На производственном объединении "Пневмостроймашана" внедрены зрцйтиметрические методы контроля твердости деталей из стали ХЗМФ на всех этапах термообработки (нордализавдя с последующим сокотемпературным отпуском, улучшение) и соответвствия структуры жига заготовок стали ХВГ зернистому перлиту.

На Уральском автомоторном заводе (ПО "ЗИЛ") внедрен коэрцити-трический метод контроля глубины и твердости закаленных с нагрева ками высокой частоты поверхностных слоев на одинадцати наименова-а деталей из сталей 45, 40Х, 40ХФА, 47ГТ и чугуна СЧ-18. Метод пользуется для - активного контроля стабильности технологического эцесса при оперативной настройке индукторов и охлаждающих уст-йств.

Показано, что по величине остаточной магнитной индукции несим-тричных петель гистерезиса, измеряемой с помощью магнитных струк-роскопов МС-1 и МС-2, можно контролировать качество среднего и сокотемпературного отпуска закаленных сталей 12ХНЗА, 38ХС, ЗбХМЕА ХНЗМА, 40Х, 40ХФА, 45X1, 50Г, 65С2ВА. Предложен многопараметровый тод контроля твердости высокохромистых сталей 14Х17Н2 и 30X13 в зличных интервалах температур отпуска. *

Созданные в лаборатории магнитного структурного анализа маг-тные структуроскопы МС-1, МС-2 и несколько модификаций коорцити

17

метров ШМ прошла испытания и внедрены на ряде промышленных предприятий.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.

вывода

1. Показано, что релаксационная-намагниченность моают служить параметром контроля качества средне- и высокотемпературного отпуска закаленных сталей, содержащих более 0,3 % углерода. Для 32-х марок сталей, наиболее широко используемых в машиностроении, указаны интервалы температур отпуска, где имеет место монотонное изменение релаксационной намагниченности, коэрцитивной силы, релаксационной магнитной восприимчивости и твердости, что позволяет выбрать оптимальные параметры магнитного контроля качества изделий в любом интервале используемых на практике тешератур отпуска.

2. Построены статистические модели связей наиболее информативных магнитных характеристик - релаксационной намагниченности и ко- ■ эрцитивной силы - с содержанием элементов химического состава и температурой закалки, позволяющие прогнозировать изменение этих магнитных свойств от температуры отпуска углеродистых низколегированных и высоколегированных сталей. .

3. Получены выражения для оценки величин внешнего перемагни-чиваодего поля и коэффициента формы изделий, при которых имеет место однозначая зависимость остаточной магнитной индукции тела от температуры отпуска закаленных сталей при перемагничивашш изделий в разомкнутой магнитной цепи. Экспериментально и расчетным путем установлен характер влияния параметров магнитной цепи приставного электромагнита приборов МС-1 и МС-2 на величины выходных сигналов, полученных в режиме измерения остаточной магнитной индукции при перемагничивании изделий до одинаковых величин магнитных индукций ж магнитодвижущих сил.

4. На примере стали 11D4 показано, что магнитными параметрами контроля предела прочности и относительного удлинения изделий -после холодной, дла стической.. деформации, -рекристаллизационного отжига, а также закалки, и,.отпускамогут служить коэрцитивная сила и максимальная магнитная проницаемость► ..Г л " _ --„,^5.^Реэултат^.^ррвАящиснного анализа зависимостей ударной вязкости г коэрцитивной сильг от характеристик структуры содержания перлита, бейнита, размера зерва феррита и исходного аустенита), баллов неметаллических, включений- (оксидов строчечных в точечных, силикатов .хрупких, шгастичнвх и недефоршровашсс, сульфадов) и процентного содержания..элементов химического состава обоснована закономерность. связи,ударной вязкости: при низких температурах испытаний с коэрцитивной силой проката из сталей 09Г2 и 09Г2Л в виде кривой с максимумом. Понижение ударней вязкости при малых коэрцитивных силах обусловлено главным образом укрупнением зерна феррита, щи повышенных: коэрцитивных силах - увеличением количества перлита и бейнита. Показано, что погрешность магнитного метода определения ударной вязкости можно уменьшить учетом в уравнениях регрессии, соответствующих разным диапазонам значений коэрцитивной силы, размера зерна феррита и содержания отдельных элементов химического состава.

6. Разработаны и внедрены на ряде предприятий неразрушапцие магнитные методы контроля: ;

- качества отжига, нормализации, закалки и отпуска деталей из сталей ZBT, ЗОХЗМФ, 40Х;

- глубины и твердости поверхностно упрочненных закалкой с нагрева токами высокой частоты слоев на деталях автомобиля из сталей 45, 40Х, 47ГТ,_40НА и чугуна марки СЧ-18." -

Рекомендованы многшэраметровые методики контроля.процесса упрочнения 1юртенситнр-старвищих сталей ЧС5ВИ и ЧС25БИ и отпуска высокохромистыг сталей 3QX13JI 14Х17Н2. " •

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Кузнецов И.А., Шепелев Е.В., Царькова Т.П. Магнитные, механические и' электрические свойства холоднодеформированной и термически обработанной стали 11ВА.-Дефектоскопия, 1978, N1, с.22-2<

v2. Кузнецов И.А., Царькова Т.П. Магнитный контроль твердости и структуры стали ХВГ в отожженном состоянии.-Дефектоскопия, 1975 N1, с.80-87.

3. Аронсон Э.В., Вида Г.В., Камардин В.М., Михеев М.Н., Самс хвалова Л.З., Царькова'Т.П. К исследованию возможности неразрушв» щего магнитного контроля ударной вязкости проката из малоуглеродистых и низколегированных сталей.-Дефектоскопия, 1980, N5, с. 4859.

4. Царькова Т.П., Вида Г.В., Михеев М.Н., Горкунов-Э.С. 0 магнитном методе контроля качества высокотемпературного отпуска конструкционных и простых углеродистых сталей.-Дефектоскопия, 19S Юг с. 14-17.

5. Вида Г.В., Царькова Т.П., Михеев М.Н. Исследование работы датчика прибора для контроля качества высокотемпературного отпуск стальных изделий.-Дефектоскопия, 1981, N7, с.5-12.

6. Кузнецов И.А., Царькова Т.П. Магнитный метод контроля тве дости деталей из стали ЗОХЗМФ.-Дефектоскопия, 1982, N2, с.29-36.

7. Михеев М.Н., Вида Г.В., Царькова Т.П., Костин В.Н. Исследование режимов перемагничивания при контроле качества закаленных и отпущенных изделий по величине остаточной магнитной индукции.-Д фектоскопия, 1982, N8, с.69-79.

8. Вида Г.В., Царькова Т.П., Костин В.Н., Сомова В.1 Неразрушаодий магнитный контроль качества закаленных и отпущенн деталей из стали 40Х.-Дефектоскопия, 1990, N2, с.68-72.

9. Вида Г.В., Царькова Т.П., Костин В.Н., Сажина E.D. Исполь зование релаксационных магнитных свойств для неразрушагаего контр ля закаленных и отпущенных сталей.-Дефектоскопия, 1991, N1i

20

с.39-44.

10.' Горкунов Э.С., Сомова В.М., Царькова Т.П. Взаимосвязь пат нитных к механических свойств термически обработанных мартенснтно -стареющих сталей.-Дефектоскопия, 1991, N10, с.56-60.

11. Вида. Г.В., Царькова Т.П., Сахина Е.Ю. О выборе рекимз не ремэгничивания при неразрушающем контроле качества отпущенных деталей по вторичной остаточной магнитной индуюши.-Дефектоскопия, 1994, КЗ, с.26-31.

'12. Костин В.Н., Царькова Т.П., Еида Г.В. Статистической моделирование и анализ взаимосвязи zmcnecicbro состава а магатш* свойств конструктивных сталей после термической обработки.-Дефектоскопия, 1994, N10, с.88-93.

ДОТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1л. Костин В.Н., Вида Г.В. Оптимизация методов неразруыэкхвегс контроля качества изделий по величине остаточной магнитной индукции. -Дефектоскопия, 1987, К 10, с. 17-24.

2л. Костин В.Н. Необратке перемагничивание прл1псристал.тачеп. ких ферромагнетиков по несимметричным петлям гистерезиса и его использование в неразруиающем контроле.-Дефектоскопия, 1939, N 9, с. 68-76.

Зл. Еида Г.В. Исследование структурной чувствительности релаксационных магнитных свойств ферромагнетиков.-Деп. N 3717. М.■ ВИНИТИ, 1990. -16с.

4л. Вида Г.В., Саетяа Е.Ю., Царькова Т.П. Магнитные свойства, связанные с обратимыми процессами при намагничивании в модели изгибающейся доменной границы.-iW, 1992, N 1, с. 31-35.

Отпечатано на ротапринта КМ. УрО ГАН тираж 30 закзз 23

об-ьги I поч.л. формат 60x84 1/16 620219 г.Екатеринбург ГСП-170 ул.С.Ко-нвлепской.ГЗ