zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-8-38-46zldm-2271Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLДиагностика металлоконструкций из ферро- и парамагнитных материалов методом коэрцитивной силыDiagnostics of metal structures made of ferro- and paramagnetic materials by the coercive force methodЕрмаковВ. А.ErmakovValentin A.

Валентин Алексеевич Ермаков, 

129337, Москва, Ярославское ш., д. 26.

Valentin A. Ermakov, 

26, Yaroslavskoye sh., Moscow, 129337.

Ermakov@mgsu.ruКорниловаА. В.KornilovaAnna V.

Анна Владимировна Корнилова,

129337, Москва, Ярославское ш., д. 26.

Anna V. Kornilova,

26, Yaroslavskoye sh., Moscow, 129337

Национальный исследовательский университет «МГСУ»РоссияNational Research University «MGSU»Russian Federation2024240820249083846Copyright © Ермаков В.А., Корнилова А.В., 20242024Ермаков В.А., Корнилова А.В.Ermakov V.A., Kornilova A.V.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/2271

При техническом обследовании потенциально опасных металлоконструкций основной метод магнитного контроля (при классификации по первичному информативному параметру) — коэрцитиметрия, использующая эффект Холла в качестве источника получения первичной информации. Коэрцитивная сила, понимаемая как напряженность внешнего магнитного поля, приложенная к намагниченному до насыщения ферромагнетику для полного его размагничивания, — наиболее структурочувствительная характеристика материала, изменение которой позволяет проводить экспресс-диагностику в производственных условиях. Изменение коэрцитивной силы при приложении циклически меняющихся во времени напряжений носит линейный характер, что дает возможность надежно определять остаточный ресурс конструкции. В работе представлен способ определения остаточного ресурса конструкций из неферромагнитных материалов, испытывающих циклически меняющиеся во времени механические нагрузки, по изменению коэрцитивной силы стальных образцов-свидетелей (образцов из ферромагнитного материала, работающих совместно с исследуемой конструкцией из неферромагнитного материала). Показано, что по скорости изменения коэрцитивной силы в ферромагнитном образце-свидетеле можно определять напряжения в нем, соотносящиеся с напряжениями в неферромагнитной конструкции. Это позволяет напрямую определять остаточный ресурс неферромагнитной конструкции, что существенно повышает точность оценки остаточного ресурса потенциально опасных конструкций из неферромагнитных материалов. Полученные результаты могут быть использованы при определении технического состояния (по уровню накопленной повреждаемости), например, конструкций из алюминиевых сплавов (пешеходных мостов и др.).

The coercimetry based on the Hall effect as a source of primary information is the main method of magnetic control (when classified according to the primary informative parameter) in technical inspection of potentially dangerous metal structures. Coercive force (considered as the intensity of an external magnetic field applied to a ferromagnet magnetized to saturation for complete demagnetization of the latter) is the most structure-sensitive characteristic which provides for rapid diagnostics of the material in production conditions. A linear character of change in coercive force upon application of cyclically varying stresses provides the possibility of reliable determination of the residual life of the structure. We propose a method for determining the residual life of structures made of non-ferromagnetic materials exposed to cycle mechanical loads proceeding from data on changes in the coercive force of steel witness samples (samples made of ferromagnetic material, working together with the structure under study made of non-ferromagnetic material). It is shown that the rate of change of the coercive force in the ferromagnetic witness sample correlate with the stresses in the nonferromagnetic structure. This makes it possible to determine directly the residual life of a non-ferromagnetic structure, which significantly increases the accuracy of estimating the residual life of potentially hazardous structures made of non-ferromagnetic materials. The results obtained can be used to determine the technical condition (based on the level of accumulated damage) of such structures as, for example, pedestrian bridges made of aluminum alloys.

неразрушающий контрольтехническая диагностикакоэрцитивная силаостаточный ресурсобразец-свидетельферромагнетикпарамагнетикnon-destructive testingtechnical diagnosticscoercive forceresidual lifewitness sampleferromagnetparamagnetРабота финансировалась за счет средств бюджета института (учреждения, организации).ReferencesМахутов Н. А., Гаденин М. М., Резников Д. О. Интегральные экономические риски крупномасштабных чрезвычайных ситуаций / Всероссийская науч.-практ. конф. «Россия в XXI веке в условиях глобальных вызовов: проблемы управления рисками и обеспечения безопасности социально-экономических и социально-политических систем и природно-техногенных комплексов»: сб. мат. — М.: РАН, МНЭПУ, ГУУ, 2022. С. 78 – 84.Mahutov N. A., Gadenin M. M., Reznikov D. O. Integral economic risks of large-scale emergencies / All-Russian scientific and practical conf. «Russia in the 21st century in the context of global challenges: problems of risk management and ensuring the security of socio-economic and socio-political systems and natural-technogenic complexes»: coll. of works. — Moscow: RAS, MNEPU, GUU, 2022. P. 78 – 84 [in Russian].Москвичев В. В. Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений. — Новосибирск: Наука, 2002. — 106 с.Moskvichev V. V. Fundamentals of structural strength of technical systems and engineering structures. — Novosibirsk: Nauka, 2002. — 106 p. [in Russian].Махутов Н. А., Гаденин М. М. Научная информационно-аналитическая база промышленной безопасности / Безопасность труда в промышленности. 2023. № 10. С. 20 – 26. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-10-20-26Makhutov N. A., Gadenin M. M. Scientific information and analytical base of industrial safety / Bezopasn. Tr. Prom. 2023. N 10. P. 20 – 26 [in Russian]. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-10-20-26Махутов Н. А. Развитие технической диагностики в академических и отраслевых лабораториях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 52 – 54. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-52-54Makhutov N. A. Development of technical diagnostics in academic and industry laboratories / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 10. P. 52 – 54 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-52-54Махутов Н. А. Развитие лабораторных исследований и диагностики материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 11. С. 5 – 13. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-5-13Makhutov N. A. Development of laboratory research and diagnostics of materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. N 11. P. 5 – 13 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-5-13Махутов Н. А., Гаденин М. М. Научно-методическая база технического диагностирования потенциально опасных промышленных объектов / Безопасность труда в промышленности. 2021. № 6. С. 7 – 14. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-6-7-14Makhutov N. A., Gadenin M. M. Scientific and methodological basis for technical diagnostics of potentially hazardous industrial facilities / Bezopasn. Tr. Prom. 2021. N 6. P. 7 – 14 [in Russian]. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-6-7-14Гобов Ю. Л. Новые возможности измерения коэрцитивной силы / XXXIV Уральская конференция «Физические методы неразрушающего контроля» (Янусовские чтения): тезисы докладов. — Екатеринбург: Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН, 2023. С. 34 – 35.Gobov Yu. L. New possibilities for measuring coercive force / XXXIV Ural Conference «Physical methods of non-destructive testing» (Yanusov readings): coll. of works. — Yekaterinburg: Mikheev Institute of Metal Physics, UrB RAS, 2023. P. 34 – 35. [in Russian]Неразрушающий контроль: справочник. Т. 6. — М.: Машиностроение, 2006. — 842 с.Non-destructive testing: reference. Vol. 6. — Moscow: Mashinostroenie, 2006. — 842 p. [in Russian].Максимов А. Б., Ерохина И. С. Рекомендации по применению коэрцитиметрии на предприятиях Керчи / Науч.-практ. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников КГМТУ «Морские технологии: проблемы и решения – 2023»: сб. тр. — Керчь, 2023. С. 236 – 239.Maksimov A. B., Erokhina I. S. Recommendations for the use of coercimetry at Kerch enterprises / Scientific and practical conferences of teachers, graduate students and employees of KGMTU «Marine technologies: problems and solutions – 2023»: coll. of works. — Kerch, 2023. P. 236 – 239 [in Russian].Арефьев Ю. В., Конин Д. В., Бажина Е. В., Малкин А. В. Диагностика напряженно-усталостного состояния стальных конструкций многоэтажного здания / Строительная механика и расчет сооружений. 2023. ¹ 1(306). С. 45 – 55.Arefev Yu. V., Konin D. V., Bazhina E. V., Malkin A. V. Diagnostics of stress-fatigue condition of steel structures of a multi-storey building / Stroit. Mekh. Raschet Sooruzh. 2023. N 1(306). P. 45 – 55 [in Russian].Wang Q., Cong G., Lyu Y., Yu W. A new Cr25Ni35Nb alloy critical failure time prediction method based on coercive force magnetic signature / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. Vol. 549. N 168809. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.168809Wang Q., Cong G., Lyu Y., Yu W. A new Cr25Ni35Nb alloy critical failure time prediction method based on coercive force magnetic signature / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. Vol. 549. N 168809. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.168809Verbeno C., Zvorka J., Nowak L., Veis M. Magnetic coercivity control via buffer layer roughness in Pt/Co multilayers / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2023. Vol. 585. N 171124. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171124Verbeno C., Zvorka J., Nowak L., Veis M. Magnetic coercivity control via buffer layer roughness in Pt/Co multilayers / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2023. Vol. 585. N 171124. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171124Srinithi A., Tang X., Sepehri-Amin H. et al. High-coercivity SmFe12-based anisotropic sintered magnets by Cu addition / Acta Materialia. 2023. Vol. 256. N 119111. DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119111Srinithi A., Tang X., Sepehri-Amin H. et al. High-coercivity SmFe12-based anisotropic sintered magnets by Cu addition / Acta Materialia. 2023. Vol. 256. N 119111. DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119111Майстренко И. Ю., Зиннуров Т. А., Майстренко Т. И. Исследования коэрцитивной силы стальных конструкций мостовых сооружений / Известия КГАСУ. 2022. № 2(60). С. 24 – 36. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_24Maistrenko I. Yu., Zinnurov T. A., Maistrenko T. I. Research of the coercive force of steel structures of bridge structures / Izv. KGASU. 2022. N 2(60). P. 24 – 36 [in Russian]. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_24Лукке К. Ю., Воронова Ю. В. Коэрцитивная сила — один из важных параметров технической диагностики подвижного состава / Молодая наука Сибири. 2022. № 3(17). С. 9 – 12.Lukke K. Yu., Voronova Yu. V. Coercive force is one of the important parameters of technical diagnostics of rolling stock / Mol. Nauka Sibiri. 2022. N 3(17). P. 9 – 12 [in Russian].Карпухин И., Корнилова А., Тет П. Возможности применения метода коэрцитивной силы для обследования технического состояния металлургического оборудования / IV Международ. науч. конф.: сб. мат. — 2019. С. 88 – 96.Karpuhin I. I., Kornilova A. V., Thet P. The possibilities of using the coercive force method to examine the technical condition of metallurgical equipment / IV International Scientific Conf.: coll. of works. — 2019. P. 88 – 96 [in Russian].Kornilova A., Zaya K., Paing T., Dobrolyubova M. Properties of metallic materials near the edges of fatigue crack / Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1687. N 012028. DOI: 10.1088/1742-6596/1687/1/012028Kornilova A., Zaya K., Paing T., Dobrolyubova M. Properties of metallic materials near the edges of fatigue crack / Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1687. N 012028. DOI: 10.1088/1742-6596/1687/1/012028Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Анализ топографии магнитных полей рассеяния в ферромагнитных изделиях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 2. С. 33 – 37. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-2-33-37Novoslugina A. P., Smorodinsky Ya. G. Analysis of the topography of magnetic stray fields in ferromagnetic products / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. N 2. P. 33 – 37 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-2-33-37Гобов Ю. Л., Попов С. Э. Восстановление топографии поверхностных дефектов ферромагнетиков при нормальном намагничивающем поле / Дефектоскопия. 2021. ¹ 4. С. 35 – 41. DOI: 10.31857/S0130308221040047Gobov Yu. L., Popov S. E. Restoration of the topography of surface defects of ferromagnets under a normal magnetizing field / Defektoskopiya. 2021. N 4. P. 35 – 41 [in Russian]. DOI: 10.31857/S0130308221040047Gopkalo O., Bezlyudko G., Nekhotiashchiy V., et al. Damage evaluation for AISI 304 steel under cyclic loading based on coercive force measurements / International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 139. N 105752. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105752Gopkalo O., Bezlyudko G., Nekhotiashchiy V., et al. Damage evaluation for AISI 304 steel under cyclic loading based on coercive force measurements / International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 139. N 105752. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105752Балина О. В., Нассонов В. В. Применение коэрцитиметрического метода для диагностики коррозионных повреждений металлоконструкций / Инженерный вестник Дона. 2021. № 4(76). С. 398 – 407.Balina O. V. Application of the coercimetric method for the diagnosis of corrosion damage of metal structures / Inzh. Vestn. Dona. 2021. N 4(76). P. 398 – 407.Kornilova A. V., Selishchev A. I., Idarmachev I. M. Application of magnetic kinds of nondestructive inspection to parts from die tool steels / Metal Science and Heat Treatment. 2016. Vol. 57. P. 632 – 637. DOI: 10.1007/s11041-016-9934-6Kornilova A. V., Selishchev A. I., Idarmachev I. M. Application of magnetic kinds of nondestructive inspection to parts from die tool steels / Metal Science and Heat Treatment. 2016. Vol. 57. P. 632 – 637. DOI: 10.1007/s11041-016-9934-6Безлюдько Г. Я., Мужицкий В. Ф., Крутикова Л. А. и др. Оценка текущего состояния и остаточного ресурса прокатных валков на основе магнитного (по коэрцитивной силе) метода неразрушающего контроля / Специальные научные разработки. 2003. № 2. С. 31 – 33.Bezlyudko G. Ya., Muzhitsky V. F., Krutikova L. A., et al. Assessment of the current state and residual life of rolling rolls based on the magnetic (coercive force) method of non-destructive testing / Spets. Nauch. Razrab. 2003. N 2. P. 31 – 33 [in Russian].Silverstov I. N., Karpukhin I. I., Kornilova A. V. Determination of damage extent of backup roll by changes in coercive force and hardness of its working surface / Steel in translation. 2022. Vol. 52. N 11. P. 1086 – 1091. DOI: 10.3103/S0967091222110134Silverstov I. N., Karpukhin I. I., Kornilova A. V. Determination of damage extent of backup roll by changes in coercive force and hardness of its working surface / Steel in translation. 2022. Vol. 52. N 11. P. 1086 – 1091. DOI: 10.3103/S0967091222110134Мохнаткин Д. П., Завьялова Г. М. Определение направления главных напряжений в элементах металлоконструкций по значениям коэрцитивной силы / Физика и механика материалов. 2021. Т. 47. № 2. С. 386 – 397. DOI: 10.18149/mpm.4722021_16Mokhnatkin D. P., Zavyalova G. M. Determination of the direction of the main stresses in the elements of metal structures by the values of the coercive force / Fiz. Mekh. Mater. 2021. Vol. 47. N 2. P. 386 – 397 [in Russian]. DOI: 10.18149/mpm.4722021_16Balina O. V., Nassonov V. V. Application of the coercimetric method to the evaluation of uniaxial stresses without stress relie / AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2315. N 040004. DOI: 10.1063/5.0036760Balina O. V., Nassonov V. V. Application of the coercimetric method to the evaluation of uniaxial stresses without stress relie / AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2315. N 040004. DOI: 10.1063/5.0036760Бердник М. М., Бердник А. Г. Перспективы применения коэрцитиметрии для оценки параметров напряженно-деформированного состояния конструкций / Технология машиностроения. 2019. № 1. С. 37 – 43.Berdnik M. M., Berdnik A. G. Prospects for the use of coercimetry to assess the parameters of the stress-strain state of structures / Tekhnol. Mashinostr. 2019. N 1. P. 37 – 43 [in Russian].Агиней Р. В., Исламов Р. Р., Мамедова Э. А. Определение напряженно-деформированного состояния участка трубопровода под давлением по результатам измерения коэрцитивной силы / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Т. 9. № 3. С. 284 – 294.Aginei R. V., Islamov R. R., Mamedova E. A. Determination of the stress-strain state of the pipeline section under pressure based on the results of the coercive force measurement / Nauka Tekhnol. Truboprov. Transp. Nefti Neftepr. 2019. Vol. 9. N 3. P. 284 – 294 [in Russian].Корнилова А. В., Идармачев И. М., Тет Паинг, Чжо Зайяр. Методика определения ресурса штампового инструмента с применением магнитных методов неразрушающего контроля и диагностики / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 5. С. 98 – 104.Kornilova A. V., Idarmachev I. M., Thet Paing, Chzho Zayar. Methodology for determining the life of a die tool using magnetic methods of non-destructive testing and diagnostics / Probl. Mashinostr. Nadezh. Mashin. 2014. N 5. P. 98 – 104 [in Russian].Селищев А. И., Аюпов Т. Х., Корнилова А. В., Батарин Р. В. Исследование изменения коэрцитивной силы инструментальных штамповых сталей в процессе изготовления и эксплуатации ковочных штампов / Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2018. ¹ 1. С. 85 – 93.Selishchev A. I., Ayupov T. Kh., Kornilova A. V., Batarin R. V. Study of changes in the coercive force of tool die steels during the manufacture and operation of forging dies / Probl. Cher. Met. Materialoved. 2018. N 1. P. 85 – 93 [in Russian].Wang X., Qiang W., Shu G., et al. The ageing behavior and the correlation between hardness and coercivity of Cu-rich reactor pressure vessel model steels / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021. Vol. 527. N 167698. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167698Wang X., Qiang W., Shu G., et al. The ageing behavior and the correlation between hardness and coercivity of Cu-rich reactor pressure vessel model steels / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021. Vol. 527. N 167698. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167698Kornilova A., Kyaw Z. The influence of heating temperature on coercive force and hardness changes in carbon hypoeutectoid steels / RUDN Journal of Engineering Research. 2022. Vol. 23. N 2. P. 140 – 145. DOI: 10.22363/2312-8143-2022-23-2-140-145Kornilova A., Kyaw Z. The influence of heating temperature on coercive force and hardness changes in carbon hypoeutectoid steels / RUDN Journal of Engineering Research. 2022. Vol. 23. N 2. P. 140 – 145. DOI: 10.22363/2312-8143-2022-23-2-140-145Корнилова А. В. К вопросу о точности определения температуры огневого воздействия по следам пожара / Безопасность труда в промышленности. 2022. № 5. С. 42 – 47.Kornilova A. V. On the issue of the accuracy of determining the temperature of fire exposure in the wake of a fire / Bezopasn. Tr. Prom. 2022. N 5. P. 42 – 47 [in Russian].Чешко И. Д. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования). — СПб.: МВД России, 1997. — 562 с.Cheshko I. D. Examination of fires (objects, methods, research methods). — St. Petersburg: MVD Rossii, 1997. – 562 p. [in Russian].Корнилова А. В. Микроструктурный мониторинг как фактор управления рисками при эксплуатации металлоконструкций / Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 3. С. 36 – 41. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.03.36-41Kornilova A. V. Microstructural monitoring as a risk management factor in the operation of metal structures / Prom. Grazhd. Stroit. 2023. N 3. P. 36 – 41 [in Russian]. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.03.36-41Martínez-de-Guerenu A., Jorge-Badiola D., Gutiérrez I. Assessing the recovery and recrystallization kinetics of cold rolled microalloyed steel through coercive field measurements / Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 691. P. 42 – 50. DOI: 10.1016/j.msea.2017.03.033Martínez-de-Guerenu A., Jorge-Badiola D., Gutiérrez I. Assessing the recovery and recrystallization kinetics of cold rolled microalloyed steel through coercive field measurements / Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 691. P. 42 – 50. DOI: 10.1016/j.msea.2017.03.033

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