Файл: Дорофеев, А. Л. Индукционная структуроскопия.pdf

Феррозонд представляет собой катушку с двумя обмотками (токовой и измерительной), внутрь которой помещен ферромагнитный стержень из материала с малой коэрцитивной силой, например пермаллоя.

В большинстве феррозондовых приборов используются два не­ больших феррозонда. Для измерения градиента поля вторичные об­ мотки катушек феррозондов включают встречно. По токовой катуш­ ке феррозонда пропускают переменный ток высокой частоты. При

ется вторая гармоника. Амплитуда • второй гармошки и напряжен­ ность постоянного подмагнпчпвающего поля связаны между собой. Поэтому можно не только выявить, wo и измерить величину магнит­ ного поля или его градиента. Чувствительность феррозондовых при­ боров очень велика. Диаметр зондов может быть небольшим. Име­ ются зонды диаметром в 1 мм, а длиной всего около 3 мм. Разра­ ботано несколько типов конструкций феррозондовых структуроскоппчески.х приборов. В одном случае предварительно намагниченные детали располагают на ленте, в другом — зонды вращаются вокруг детали.

Для контроля твердости ряда мелких стальных дета­ лен, например нормален, разработаны автоматы, в кото­ рых деталь, падая, намагничивается, а затем проскаки­ вает через измерительную катушку.

Содержание а-фазы в аустенитиой стали определяет­ ся магнитоотрывным методом. Для выявления прижогов делаются попытки применить магнитографию.

При коэрцитиметрии и магнитометрии па деталь воз­ действуют постоянным магнитным полем. Разработан метод электромагнитной структуроскоппи, при котором на материал воздействуют переменным электромагнитным полем. По мере увеличения рабочей частоты этого поля все возрастающую роль в происходящих процессах играют вихревые токи.

Взаимодействие переменного электромагнитного поля с ферромагнитным металлом вызывает в датчике два эффекта: увеличение индуктивности из-за уменьшения рассеяния магнитного поля, зависящего от величины магнитной проницаемости и магнитного сопротивления, и уменьшение 'индуктивности и рост потерь, что 'вызвано действием вихревых токов. При ярко выраженном скинэффекте на частотах в десятки и сотни килогерц прева­ лируют вихревые токи. На низких частотах (до 100— 200 гц) влияние вихревых токов значительно меньшее"

'Перечисленные методы можно разбить на три группы:

1)-методы, в которых постоянным полем (током) воз­ действуют на ферромагнитный металл;

104

2)методы, использующие низкочастотное электро­ магнитное поле (в том числе'в комбинации с подмапшчиванием);

3)методы, использующие сравнительно высокочас­ тотное поле (до 1—бмгц).

В этой главе нас будет интересовать вторая группа методов.

В 'Многочисленных публикациях по магнитным изме­ рениям объектом испытаний служит образец определеи-

m

Рис. 6-1. Структурная схема прибора ЭМИД.

ных форм и размеров [Л. 5, 14, 48]. Но в условиях производства весьма часто важны не сами электро­ магнитные характеристики, а структура и свойства материала полуфабрикатов, деталей и изделий. Получи­ ли распространение электромагнитные структуроскопические устройства с проходными катушками, включенными в мостовые или дифференциальные схемы [Л. 49]. Объ­ ектами •испытаний в них служат заготовки, прутки, про­ волока, трубы и массовые детали (иглы, крепеж, детали шарикоподшипников) с большим коэффициентом размаг­ ничивания. Подобные контрольно-испытательные уста­ новки могут быть собраны из обычной стандартной изме­ рительной аппаратуры. Отечественная промышленность выпускала электромагнитные структуроскопы ЭМИД-3, ЭМЙД-4М, ЭМИД-8 [Л. 23, 25]. Структурная схема при­ бора ЭМИД с пояснением функций отдельных узлов по­ казана на рис. 6-1.

Возбуждающее магнитноеполе обмотки катушки Р\ питается током промышленной частоты от регулируемо-

105

эффект можно наблюдать па структуроскопах типа ЭМИД, для чего к прибору через фильтр основной ча­

диаметра контролируемого образца из конструкционной стали при контроле правильности выбора температуры отпуска на приборе ЭМИД на амплитуду третьей гармо­ ники влияет меньше, чем на амплитуду основного сигна­ ла. Делались попытки связать амплитуду гармоник с изменениями размеров зерна, появлением частиц це­ ментита, немагнитных включений. Для высокохромистых сталей использовались характерные соотношения между а мплитудами гармоннк.

Важным практическим применением низкочастотных электромагнитных приборов является определение коли­ чества углерода и стали, оценка механических характе­ ристик при термической обработке, контроль за правиль­ ным ее выполнением. Возможность разработки того или иного метода контроля во многом определяется свойст­ вами соединений железа с углеродом.

6-2. СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА.С УГЛЕРОДОМ

Свойства соединений железа с углеродом (сталей и чугунов) зависят от содержания углерода.

ниже 310 и выше 1 401 °С). Более высокотемпературная модификация имеет, как правило, более простое атомно-кристаллическое строение. Превращение у—>-а-железо сопровождается уменьшением коорди­ национного числа кристаллической решетки и увеличением ее объема

О

Турах выше 910°) имеется пора Диаметром 1,02 А. Диаметр атомч

107

углерода в свободном состоянии 1,54 А. При внедрении атома угле­ рода происходит некоторое увеличение размера решетки у-железз.

Цементит обладает свойствами металлов: достаточно высокой элек­ тропроводностью, металлическим блеском. Он слабо ферромагннтен, магнитные свойства теряет при 217°С, имеет высокую твердость и

кроме перлита, имеется избыточный феррит. В отличие от цементита он может заполнять в стали значительные участки. С влиянием этих структурных составляющих на электромагнитные характеристики сталей можно ознакомиться в [Л. 38, 48, 50].

В низкоуглеродистых (нетермообрабатываемых) ста­ лях увеличение содержания углерода ведет к повышению прочности и понижению пластичности, максимальная маг­ нитная проницаемость падает, коэрцитивная сила и элек­ трическое сопротивление увеличиваются.

6-3. ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Термическая обработка включает отжиг, фазовую

термически обрабатываемых стальных деталей, а в авиа­

отпуск, причем среднеуглеродистые стали обычно подвер­ гают высокому отпуску, низкоуглеродистые — низкому. Напрев под закалку производится до температур, на 30—50 °С превышающих точку Л с 3 (точка на линии солидуса диаграммы состояния [Л. 20]). У большинства

108

'иизкоуглеродпстых сталей это примерно 900 °С, у сред- •цеуглеродистых — Около 850 °С.

Свойства материала при термической обработке опре­ деляются несколькими факторами. При малом числе цементнтных включений пластическая деформация разви­ вается относительно беспрепятственно п материал харак­ теризуется невысокой твердостью, большой электрической проводимостью и магнитной проницаемостью.

Если при термической обработке измельчаются части­ цы цементита, то вокруг них кристаллическая решетка искажается. Возникающее при этом упрочнение материа­ ла объясняют появлением дополнительных препятствий перемещению дислокаций. Чем больше углерода в ста­ ли, тем больше ее твердость. Однако прочность стали с увеличением углерода возрастает лишь до 0,8% С. При большем содержании углерода по границам бывшего зерна аустенита выделяется так называемый вторичный цементит, образующий при содержании в стали угле­ рода более 1,2—1,3% сплошной каркас. Будучи хрупким, он быстрее разрушается при растяжении.

Наиболее существенный фактор, влияющий на свой­ ства отпущенной стали—температура отпуска, хотя весь­ ма важно и состояние исходной структуры. Мелкоиголь­ чатая структура достигается лишь при исходной мелко­ зернистой аустенитной структуре.

Типичная структура закаленной стали — игольчатый мартенсит, содержащий определенное количество аусте­ нита (в зависимости от содержания углерода и скорости закалки), имеет твердость примерно 60 (по Роквеллу). По мере уменьшения скорости закалки твердость пони­ жается. Бейнит имеет твердость (по Роквеллу) 50, трос­ тит— 40, сорбит — 25, перлит—10. Мартенсит и продук­ ты его распада при разных температурах отпуска пока­ заны на рис. 6-2.

Высокая твердость мартенсита является объектом пристального изучения. Превращение аустенита в мартенсит сопровождается уве­ личением объема и всесторонним сжатием. После образования пер­

пластическая деформация затруднена. Высокую твердость отпущен­

В этой теории с единой точки зрения рассмотрен вопрос о при­ роде упрочнения стали как при холодной деформации, так и при

109