Магнитный анализ механических свойств металлов.

Магнитные методы применяют для контроля структурно-чувствительных свойств материалов и изделий в тех случаях, когда существует однозначная зависимость между измеряемой магнитной характеристикой и контролируемым параметром. Для многих марок конструкционных сталей зависимость структурно-чувствительных магнитных характеристик от контролируемого параметра (температуры закалки и отпуска, твердости и др.) носит неоднозначный характер. Это связано с тем, что на контролируемые параметры оказывает сильное влияние геометрические размеры изделия , скорость перемещения контролируемого изделия, фазовый состав структуры и другие параметры.

В практике магнитных методов контроля структуры и свойств материалов получили широкое распространение методы измерения коэрцитивной силы, намагниченности, остаточной индукции, магнитной проницаемости и эффект Баркгаузена.

М е т о д к о э р ц и т и в н о й с и л ы. По величине коэрцитивной силы материала изделия оценивают его качество и дефектность. При этом ведут контроль фазового состава, величины зерна и твердости материала после различных видов термической обработки. Измерение же твердости ферромагнитных материалов магнитным методом стало наиболее частым случаем применения в практике контроля. Это связано с тем обстоятельством, что на величину коэрцитивной силы и на твердость материала действуют одни и те же структурные факторы, связанные: с пересыщением твердых растворов (мартенсит); наличием карбидных фаз различного состава; механических напряжений и химических неоднородностей. Действительно, все перечисленные факторы вызывают упрочнение материала и одновременно с этим затрудняют размагничивание предварительно намагниченного изделия.

Для измерения твердости ферромагнитного материала магнитным способом используются специализированные приборы, которые называются коэрцитиметрами. Принцип действия прибора заключается в том, что контролируемое изделие первоначально намагничивается до насыщения специальным накладным магнитом (рис. 32, катушки W), а затем оно размагничивается обратным направлением поля того же накладного магнита. Ток размагничивания изделия контролируется специальным устройством – феррозондом. Феррозонд представляет собой многослойную рамку из электротехнической стали, на которую намотаны две обмотки, одна из которых состоит из двух полуобмоток на противоположных сторонах рамки. (рис 31). Эти совершенно одинаковые

полуобмотки подключены к генератору

Рис.32 электрического питания таким образом

что магнитные поля, генерируемые ими, противонаправлены по отношению друг к другу. Таким образом, результирующее магнитное поле рамки, находящейся вне наружного магнитного поля, равно нулю.

Как только такая рамка со сбалансированным полем попадает во внешнее магнитное поле, сразу же возникает дисбаланс внутренних полей зонда, появляется некоторое результирующее поле, которое генерирует ЭДС во вторичной обмотке феррозонда. Эта вторичная обмотка подключена к чувствительному микроамперметру (клеммы Ф3) и он позволяет регулировкой тока в катушках накладного магнита (Wн и Wр) добиться полного размагничивания изделия и определить, тем самым, ток размагничивания. Величина тока размагничивания непосредственно связана с твердостью материала. Во многих приборах-коэрцитиметрах шкалы миллиамперметра , измеряющего ток размагничивания, градуированы в единицах твердости (НВ или НRС).

М е т о д н а м а г н и ч е н н о с т и. Этот метод основан на измерении напряженности магнитного поля. Для определения напряженности магнитных полей используют измерительный зонд, представляющий собой специальную измерительную катушку, в которой движется предварительно намагниченный образец или изделие. По величине ЭДС в измерительном зонде судят о величине намагниченности материала.

Метод намагниченности используется для оценки фазового состава материала изделия. Так, например, в структуре закаленной стали присутствуют ферромагнитная фаза (мартенсит) и парамагнитная фаза (остаточный аустенит) и, если будет изменяться количество парамагнитной фазы в структуре, то это приведет к уменьшению намагниченности материала.

М е т о д о с т а т о ч н о й и н д у к ц и и. Метод основан на измерении специальной катушкой магнитной индукции изделия вне поля предварительного намагничивания (см. рис. 30). Этим методом, например, анализируют остаточную намагниченность материалов, которые идут на изготовление постоянных магнитов.

М е т о д э ф ф е к т а Б а р к г а у з е н а. Данный метод иначе называют методом магнитных шумов, т.е. импульсов ЭДС в измерительной катушке на этапе намагничивания изделия. Из теории магнетизма известно, что процесс намагничивания идет скачкообразно, поэтому в измерителе возникаю импульсы, которые анализируются электронными системами по длительности и спектральному составу.

Метод Баркгаузена используется для исследования микроструктуры сталей, режимов термообработки, наличия разнообразных дефектов, магнитоактивных включений и т.п.