Оценка временного сопротивления стали по параметрам гармонического спектра кривой перемагничивания

Полный текст

Одним из свойств стали, по которому судят о надежности и сроке эксплуатации изделия, является временное сопротивление (σ_в) [1, 2]. Определение ее величины проводят стандартным образом в процессе разрушения образца, имеющего определенную форму и геометрические размеры [2].

Помимо разрушающих методов определения σ_в существуют неразрушающие косвенные методы, например, основанные на регистрации ультразвуковых волн, проходящих через объект контроля [3].

Между пределом прочности материала и твердостью существует связь [7]. Так, в работе [8] была предложена формула, описывающая связи между твердостью группы сталей и их σ_в, а также приведены статистические результаты оценки σ_в по H_c. Однако относительность установленных связей ограничивает их практическую применимость.

В работе [9] приведены обобщенные простые аналитические зависимости, описывающие связи между твердостями сталей, измеренными по шкалам Бринелля и Роквелла, и их σ_в.

Известны методы [4, 5], основанные на измерении и интерпретации магнитных характеристик вещества. В настоящей работе представлены результаты применения подобного подхода для определения величины временного сопротивления материала.

В качестве анализируемого параметра использовался гармонический спектр петли магнитного гистерезиса, полученный согласно методике, изложенной в [6].

Анализируемые данные были получены на образцах, изготовленных из сталей 15ХСНД, Ст3, 09Г2С после термической обработки. Термическая обработка и размеры образцов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Термическая обработка и размеры образцов из сталей 15ХСНД, Ст3, 09Г2С

Одноосное растяжение образцов проводили на разрывной машине ИР 5047-50. Скорость перемещения захватов при испытаниях составляла 15 мм/мин.

Рис. 1. Зависимость величины предела прочности от термической обработки.

На рис. 1 представлены результаты, отражающие изменение σ_в исследуемых сталей от температуры термической обработки образцов. Нулевое значение на графиках соответствует состоянию исследуемых образцов после закалки в воде, далее по горизонтальной шкале отложены температуры отпуска.

Регистрация петель магнитного гистерезиса проводили при помощи магнитного структуроскопа АПС DIUS 1.15, реализующего измерения в замкнутой магнитной цепи. Величины магнитной индукции и напряженности магнитного поля использованный прибор фиксирует в мВ. Примеры полученных петель магнитного гистерезиса представлены на рис. 2.

Рис. 2. Петли магнитного гистерезиса полученные на магнитном структуроскопе АПС DIUS 1.15.

На основе метода разделения диагноза в пространстве признаков и метода группового учета аргумента были найдены комплексные параметры Р₁ и Р₂, величина которых имеет удовлетворительную корреляцию с σ_в исследуемых материалов (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость комплексного параметра от величины временного сопротивления исследуемых сталей: комплексный параметр Р1 (а); комплексный параметр Р2

Анализ представленных данных показывает, что термообработка закалкой в воду, после нагрева исследуемых сталей выше критической температуры Ас3, повышает временное сопротивление в среднем в 1,3 раза по сравнению с образцами, отпущенными при 650 °С. При увеличении температур отпуска происходит линейное снижение временного сопротивления сталей до уровня незакаленного состояния. У стали 09Г2С при температурах низкого и среднего отпуска наблюдается рост величины временного сопротивления, что связано с активными процессами преобразования структуры, ростом плотности дислокаций и величины внутренних остаточных напряжений [10].

Приведенные данные показывают, что в практических условиях, в качестве контрольного критерия, возможно использовать комплексный параметр, полученный по спектральным составляющим петли магнитного гистерезиса, который имеет высокую чувствительность к изменению физикомеханических свойств стали.

ВЫВОДЫ

При помощи метода разделения диагнозов в пространстве признаков и метода группового учета аргументов найдены комплексные параметры, включающие в себя несколько гармонических составляющих.

В результате анализа полученных данных о гармонических составляющих и величине предела прочности было установлено, что для комплексного параметра Р₁ и временного сопротивления σ_в наблюдается наличие удовлетворительной корреляционной зависимости, описываемой функцией с достоверностью R² = 0,92. При этом относительная ошибка определения временного сопротивления σ_в составляет ±9,6 %. Между комплексным параметром Р₂ и временным сопротивлением σ_в наблюдается корреляция, описываемая степенной функцией с достоверностью R² = 0,91. При этом разброс определения временного сопротивления σ_в по комплексному параметру Р₁ составляет ±27 МПа, для комплексного параметра Р₂ эта величина лежит в пределах ±14 МПа.

Полученные результаты отражают возможность практического использования комплексного параметра, полученного по спектральным составляющим, петли магнитного гистерезиса для оценки величины временного сопротивления σ_в.

Статья подготовлена за счет средств гранта Некоммерческой организации «Благотворительный фонд «ЛУКОЙЛ».

Об авторах

Р. А. Соколов

Автор, ответственный за переписку.
Email: falcon.rs@mail.ru
Россия, 625000 Тюмень, ул. Володарского, 38

К. Р. Муратов

Email: muratovkr@tyuiu.ru
Россия, 625000 Тюмень, ул. Володарского, 38

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Зависимость величины предела прочности от термической обработки.

Скачать (908KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Петли магнитного гистерезиса полученные на магнитном структуроскопе АПС DIUS 1.15.

Скачать (959KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Зависимость комплексного параметра от величины временного сопротивления исследуемых сталей: комплексный параметр Р1 (а); комплексный параметр Р2

Скачать (1MB)

Метаданные