zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-12-38-42zldm-1120Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGКонтроль температуры отпуска среднеуглеродистых сталей по параметрам предельной петли магнитного гистерезисаTempering temperature control of medium carbon steel according to the parameters of the saturation magnetic hysteresis loopСандомирскийС. Г.SandomirskiS. G.

Сергей Григорьевич Сандомирский

220072, г. Минск, ул. Академическая, д. 12

Sergey G. Sandomirski

ul. Akademicheskaya 12, Minsk, 220072

sand_work@mail.ruОбъединенный институт машиностроения НАН БеларусиБеларусьJoint Institute of Mechanical Engineering, NAS of BelarusBelarus20192812201985123842Copyright © Сандомирский С.Г., 20192019Сандомирский С.Г.Sandomirski S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1120

Основной магнитный параметр, чувствительный к структуре сталей, — коэрцитивная сила Hc. Но Hc сталей с содержанием углерода более 0,3 % меняется немонотонно с увеличением температуры Tо их отпуска после закалки, поэтому она не пригодна для контроля Tо, твердости HRC и механических свойств закаленных изделий из таких сталей. Цель работы — разработка способа контроля изменений структуры среднеуглеродистых сталей, происходящих при термических обработках, с помощью информационных параметров, сформированных с использованием коэрцитивной силы Hc сталей и отношения KS их остаточной намагниченности Mr к намагниченности Ms технического насыщения. Преимущество предлагаемого подхода по сравнению с измерением релаксационных магнитных параметров состоит в том, что параметры Hc и KS могут быть измерены по стандартным методикам с минимальными относительными погрешностями (2 и 1 % соответственно). Исследованы зависимости представленных информационных параметров H0, Hc1 и Hc2 от температуры отпуска и твердости среднеуглеродистых сталей 30 и 45 с учетом дополнительной погрешности их определения. Результаты показали, что H0, Hc1 и Hc2 монотонно меняются с уменьшением твердости сталей в исследуемом интервале ее изменения. Коэффициент корреляции между значениями H0, Hc1, Hc2 и твердостью HRC стали 30 в диапазоне 32  HRC  41 составил 0,959, 0,965 и 0,978 соответственно. Это позволяет при разработке методов и приборов магнитной структуроскопии отказаться от сложных и неточных определений релаксационных магнитных параметров, а сосредоточиться на повышении точности измерения Hc и отношения KS материала изделий.

The main magnetic parameter sensitive to the structure of steel is the coercive force (Hc). However, the coercive force of steels with a carbon content more than 0.3% appeared unsuited for control of the tempering temperature (Tt), hardness (HRC), and mechanical properties of hardened products made of such steels due to non-monotonous character of Hc dependence on the tempering temperature after their quenching The goal of the study is to develop a method for control of the structural changes of medium-carbon steels that occur upon heat treatment proceeding from the information parameters generated using the coercive force Hc and the ratio KS of their residual magnetization (Mr) to the magnetization of technical saturation (Ms) in a practically important temperature range. The advantage of the developed approach compared to those based on measuring the relaxation magnetic parameters of steels is that the parameters Hc and KS can be measured using standard methods with the minimal relative errors of measurement (2 and 1%, respectively). We consider three different combinations of the parameters Hc and KS – H0, Hc1, and Hc2 — and analyzed their dependence on the tempering temperature and hardness of medium carbon steels C30 and C45. The parameters H0, Hc1, and Hc2 monotonously change as the hardness of medium-carbon steels decreases. The correlation coefficient between the values of H0, Hc1 and Hc2 and HRC £hardness of steel 30 in the range of 32  HRC  41 is 0.959, 0.965 and 0.978, respectively. The results obtained makes it possible to abandon the complex and inaccurate measurements of the relaxation magnetic parameters of steels when developing the methods and devices for magnetic structuroscopy, and focus on enhancing of the accuracy of measuring£ Hc and Mr/Ms ratio of the material.

неразрушающий контрольмагнитный структурный анализмагнитные измеренияприборы для магнитной структуроскопиикоэрцитивная силаостаточная намагниченностьнамагниченность технического насыщенияnondestructive testingmagnetic structural analysismagnetic measurementsdevices for magnetic structuroscopyremanent magnetizationcoercive forcesaturation magnetizationReferencesНеразрушающий контроль. Справочник / Под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2006. — 848 с.Nondestructive Testing. Handbook / Klyuev V. V., ed. — Moscow: Mashinostroenie, 2006. — 848 p. [in Russian].Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. — М.: Наука, 1993. — 252 с.Mikheev M. N., Gorkunov E. S. Magnetic Methods of Structural Analysis and Nondestructive Testing. — Moscow: Nauka, 1993. — 252 p. [in Russian].Апаев Б. А. Фазовый магнитный анализ сплавов. — М.: Металлургия, 1973. — 280 с.Apaev B. A. Phase magnetic analysis of alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1973. — 280 p. [in Russian].Чернышев Е. Т., Чечурина Е. Н., Чернышева Н. Г., Студенцов Н. В. Магнитные измерения. — М.: Издательство стандартов, 1969. — 248 с.Chernyshev E. T., Chechurina E. N., Chernysheva N. G., Studentsov N. V. Magnetic Measurements. — Moscow: Izd. standartov, 1969. — 248 p. [in Russian].Бида Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. — 218 с.Bida G. V., Nichipuruk A. P. Magnetic Properties of Heat-Treated Steels. — Yekaterinburg: UrO RAN, 2005. — 218 p. [in Russian].Царькова Т. П., Бида Г. В., Костин В. Н. Измерение релаксационной коэрцитивной силы и релаксационной магнитной индукции на образцах разомкнутой формы. — М.: ВИНИТИ, 1987. — 14 с.Car’kova T. P., Bida G. V., Kostin V. N. Measurement of the relaxation coercivity and relaxation magnetic induction on open-loop specimens. — Moscow: VINITI, 1987. — 14 p. [in Russian].Бида Г. В., Царькова Т. П., Костин В. Н., Сажина Е. Ю. Использование релаксационных магнитных свойств для неразрушающего контроля закаленных и отпущенных сталей / Дефектоскопия. 1991. № 12. С. 39 – 44.Bida G. V., Car’kova T. P., Kostin V. N., Sazhina E. Yu. Application of Transient Magnetic Properties to Nondestructive Testing of Quenched and Tempered Steels / Defektoskopiya. 1991. N 12. P. 39 – 44 [in Russian].Бида Г. В., Царькова Т. П., Сажина Е. Ю. Влияние структурных изменений при закалке и отпуске на релаксационные намагниченность и магнитную восприимчивость углеродистых и низколегированных сталей / Дефектоскопия. 1995. № 2. С. 72 – 81.Bida G. V., Car’kova T. P., Sazhina E. Yu. Structural Change Effects in Quenching and Tempering Upon Relaxation Magnetization and Magnetic Susceptibility of Carbon and Low Alloy Steels / Defektoskopiya. 1995. N 2. P. 72 – 81 [in Russian].Костин В. Н., Царькова Т. П., Бида Г. В., Булавинов А. Н. Компьютерная систематизация и анализ свойств термообработанных сталей / Дефектоскопия. 1999. № 5. С. 69 – 82.Kostin V. N., Tsar’kova T. P., Bida G. V., Bulavinov A. N. Computer Classification and Analysis of the Properties of Head-Treated Steels / Russ. J. Nondestr. Test. 1999. Vol. 35. N 5. P. 364 – 369.Бида Г. В., Сташков А. Н. Комплексное использование магнитных свойств сталей при неразрушающем контроле качества термообработанных деталей / Дефектоскопия. 2003. № 4. С. 67 – 74.Bida G. V., Stashkov A. N. Multipurpose Use of Magnetic Properties of Steels in Nondestructive Testing of the Quality of Heat-Treated Workpieces / Russ. J. Nondestr. Test. 2003. Vol. 39. N 4. P. 310 – 316.Бида Г. В. Магнитные свойства термоупрочненных сталей и неразрушающий контроль их качества. — М.: Маршрут, 2006. — 304 с.Bida G. V. Magnetic Properties of Thermally Hardened Steels and Non-Destructive Quality Testing. — Moscow: Marshrut, 2006. — 304 p. [in Russian].Бида Г. В., Ничипурук А. П. Многопараметровые методы в магнитной структуроскопии и неразрушающем контроле механических свойств сталей / Дефектоскопия. 2007. № 8. С. 3 – 24.Bida G. V., Nichipuruk A. P. Multiparameter methods in magnetic structuroscopy and nondestructive testing of mechanical properties of steels / Russ. J. Nondestr. Test. 2007. Vol. 43. N 8. P. 493 – 509.Костин В. Н., Осинцев А. А., Сташков А. Н. и др. Мобильные средства многопараметровой магнитной структуроскопии / Дефектоскопия. 2008. № 4. С. 66 – 77.Kostin V. N., Osincev A. A., Stashkov A. N., Nichipuruk A. P., Kostin K. N., Sazhina E. Yu. Portable instruments for multiparameter magnetic evaluation of material structures / Russ. J. Nondestr. Test. 2008. Vol. 44. N 4. P. 280 – 289.Костин К. В., Костин В. К., Смородинский Я. Г. и др. Выбор параметров и алгоритма магнитной твердометрии углеродистых термообработанных сталей методом регрессионного моделирования / Дефектоскопия. 2011. № 2. С. 3 – 11.Kostin K. V., Kostin V. N., Smorodinskiy Ya. G., Tsar’kova T. P., Somova V. M., Sazhina E. Yu. Choice of the Parameters and Algorithm for the Magnetic Hardness Testing of Thermally Treated Carbon Steels by the Method of Regression Modeling / Russ. J. Nondestr. Test. 2011. Vol. 47. N 2. P. 89 – 95.Костин В. Н., Смородинский Я. Г. Многоцелевые аппаратно-программные системы активного электромагнитного контроля как тенденция / Дефектоскопия. 2017. № 7. С. 23 – 34.Kostin V. N., Smorodinskiy Ya. G. Multipurpose software-hardware systems for active electromagnetic testing as a trend / Russ. J. Nondestr. Test. 2017. Vol. 53. N 7. P. 493 – 504.Костин В. Н., Василенко О. Н., Сандомирский С. Г. Структурная чувствительность параметров несимметричного цикла «коэрцитивный возврат — намагничивание» термообработанных низкоуглеродистых сталей / Дефектоскопия. 2018. № 11. С. 36 – 42.Kostin V. N., Vasilenko O. N., Sandomirski S. G. Structural Sensitivity of the Parameters of the Asymmetric «Coercive Return-Magnetization» Cycle in Heat-Treated Low-Carbon Steels / Russ. J. Nondestr. Test. 2018. Vol. 54. N 11. P. 776 – 783.Мастяева И. Н., Семенихина О. Н. Численные методы: учебное пособие. — М.: Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права, 2004. — 103 с.Mastyaeva I. N., Semenikhina O. N. Numerical methods: study guide. — Moscow: Moskovskiy mezhdunarodny institut йkonometriki, informatiki, finansov i prava, 2004. — 103 p. [in Russian].Сандомирский С. Г. Анализ методической погрешности измерения намагниченности сталей в процессе коэрцитивного возврата / Измерительная техника. 2013. № 2. С. 57 – 60.Sandomirski S. G. Analysis of the Systematic Error When Measuring the Magnetization of Steels in the Coercive Recovery Process / Measurement Techniques. 2013. Vol. 56. N 2. P. 195 – 200.Сандомирский С. Г. Влияние точности измерения и диапазона изменения физической величины на коэффициент корреляции между ее истинными значениями и результатами измерения / Измерительная техника. 2014. № 10. С. 13 – 17.Sandomirski S. G. Effect of Measurement Accuracy and Range of Variation of a Physical Quantity on the Correlation Coefficient / Measurement Techniques. 2014. Vol. 57. N 10. P. 1113 – 1120.Клюев В. В., Сандомирский С. Г. Анализ и синтез структурочувствительных магнитных параметров сталей. — М.: СПЕКТР, 2017. — 248 с.Kljuev V. V., Sandomirski S. G. Analysis and Synthesis of Structure-Sensitive Magnetic Parameters of Steels. — Moscow: SPEKTR, 2017. — 248 p. [in Russian].Сандомирский С. Г. Использование параметров предельной петли гистерезиса для синтеза структурочувствительных магнитных параметров сталей / Контроль. Диагностика. 2017. № 11. С. 26 – 31.Sandomirski S. G. Using the Parameters of the Saturation Hysteresis Loop for the Synthesis of Structure-Sensitive Magnetic Parameters of Steels / Kontrol. Diagn. 2017. N 11. P. 26 – 31 [in Russian].Сандомирский С. Г. Возможности контроля физико-механических свойств стали 40Х по параметрам предельной петли магнитного гистерезиса / Сталь. 2018. № 5. С. 46 – 50.Sandomirski S. G. Monitoring the Physicomechanical Properties of 40X Steel on the Basis of the Limiting Magnetic Hysteresis Loop / Steel in Translation. 2018. Vol. 48. N 5. P. 330 – 334.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.