Исследование влияния двухосного механического нагружения на магнитные характеристики и гармонический спектр пружинной стали 65Г

В работе представлены результаты исследований и математического моделирования влияния двухосного механического нагружения на магнитные характеристики пружинной стали 65Г. Определения магнитных характеристик стального образца включали регистрацию петли магнитного гистерезиса, гармонический спектр которой анализировали при различных сочетаниях внешней нагрузки. Установлено, что в области измерения магнитных параметров на образец действуют относительно однородные по величине растягивающие напряжения. Распределение нагрузок вдоль сечений образца показывает, что при одноосном растяжении вдоль горизонтальной или вертикальной оси характер распределения напряжений при условии отсутствия резко выраженной анизотропии не меняется. Выявлено также, что увеличение внешней двухосной растягивающей нагрузки приводит к снижению регистрируемых значений коэрцитивной силы. Однако при одноосной нагрузке величина коэрцитивной силы растет и наблюдаются резкие изменения величины рассматриваемых гармонических составляющих (нагрузка около 50 МПа), что может говорить о процессах перераспределения внутренних остаточных напряжений в образце. Полученные результаты могут быть использованы при обеспечении безопасной эксплуатации элементов оборудования, изготовленных из пружинной стали, а также служить основой для разработки магнитного метода оценки действующих нагрузок сложного вида.

1. Чжан А. В. Процессы перемагничивания и доменная структура ферромагнетиков: монография. — https://e.lanbook.com/ book/130146 (дата обращения: 16.05.2023).

2. Ботвина Л. Р., Тютин М. Р., Левин В. П. и др. Механические и физические свойства, механизмы разрушения и остаточная прочность стали 15Х2ГМФ для нефтяных насосных штанг / Деформация и разрушение материалов. 2020. № 9. С. 22 – 34. DOI: 10.31044/1814-4632-2020-9-22-34

3. Горкунов Э. С., Задворкин С. М., Путилова Е. А., Саврай Р. А. Влияние структуры и напряженного состояния на магнитные свойства металла в различных зонах сварных труб большого диаметра / Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 10. С. 1011 – 1018. DOI: 10.7868/s0015323014100064

4. Горкунов Э. С., Поволоцкая А. М., Задворкин С. М., Путилова Е. А. Сравнительный анализ поведения магнитных характеристик пластически деформированного металла различных зон сварной трубы при упругой деформации / Дефектоскопия. 2017. № 9. С. 26 – 34.

5. Кулак С. М., Нерадовский Д. Ф., Проботюк В. В. Закономерности распределения магнитного поля рассеяния вдоль поверхности подземного магистрального газопровода и упругоизогнутой трубы / Известия вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67. № 2. С. 178 – 185. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-2-178-185

6. Кулак С. М., Новиков В. Ф., Мальцев В. С. Контроль механических напряжений несущих стальных двутавровых балок автомобильной эстакады магнитным и тензометрическим методами / Дефектоскопия. 2022. № 3. С. 13 – 22. DOI: 10.31857/s0130308222030022

7. Новиков В. Ф., Кулак С. М., Парахин А. С. Определение осевых напряжений стали в режиме памяти по экспоненциальному закону магнитоупругого размагничивания / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. ¹ 6. С. 54 – 62. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-54-62

8. Novikov V. F., Kulak S. M., Parakhin A. S. Testing uniaxial stresses in steels with allowance for their magnetoelastic sensitivity / Russ. J. Nondestr. Testing. 2021. Vol. 57. No. 4. P. 310 – 319.

9. Стерлин А. Я., Щербань К. С., Борисов М. П. Метод повышения точности и безопасности пневматического нагружения фюзеляжей самолетов при усталостных испытаниях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. ¹ 2. С. 71 – 76. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-71-76

10. Stashkov A. N., Schapova E. A., Nichipuruk A. P., Korolev A. V. Magnetic incremental permeability as indicator of compression stress in low-carbon steel / NDT & E International. 2021. Vol. 118. P. 102398. DOI: 10.1016/j.ndteint.2020.102398

11. Захаров В. А., Ульянов А. И., Горкунов Э. С. Коэрцитивная сила ферромагнитных сталей при двухосном симметричном растяжении материала / Дефектоскопия. 2011. № 6. С. 3 – 15.

12. Мушников А. Н., Поволоцкая А. М., Задворкин С. М., Крючева К. Д. Влияние двухосного симметричного растяжения на магнитные свойства составного образца из двух стальных пластин с различными механическими и магнитными свойствами / Дефектоскопия. 2024. № 9. С. 25 – 39. DOI: 10.31857/s0130308224090031

13. Костин В. Н., Василенко О. Н., Бызов А. В. Мобильная аппаратно-программная система магнитной структуроскопии DIUS-1.15M / Дефектоскопия. 2018. № 9. С. 47 – 53. DOI: 10.1134/s0130308218090051

14. Батуева А. В., Василенко О. Н., Костин В. Н. Оптимизация мест расположения датчиков поля и потока в приставных преобразователях магнитных структуроскопов / Дефектоскопия. 2024. № 6. С. 69 – 73. DOI: 10.31857/s0130308224060083

15. Новиков В. Ф., Нерадовский Д. Ф., Соколов Р. А. Использование квазистатических петель магнитного гистерезиса для контроля структуры стали / Вестник ПНИПУ. 2016. Т. 18. № 2. С. 38 – 49.

16. Соколов Р. А., Муратов К. Р., Новиков В. Ф. Применение параметров спектральных характеристик кривой перемагничивания для определения твердости ферромагнитного материала / Дефектоскопия. 2023. № 6. С. 70 – 72.

17. Соколов Р. А., Муратов К. Р. Оценка временного сопротивления стали по параметрам гармонического спектра кривой перемагничивания / Дефектоскопия. 2024. № 5. С. 71 – 75. DOI: 10.31857/s0130308224040068

18. Коврижных А. М. Уравнения плоского напряженного состояния при условии пластичности Мизеса – Шлейхера / Прикладная механика и техническая физика. 2004. Т. 45. № 6(268). С. 144 – 153.

19. Орешко Е. И., Ерасов В. С., Гриневич Д. В., Шершак П. В. Обзор критериев прочности материалов / Труды ВИАМ. 2019. № 9(81). С. 108 – 126. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126

20. Мушников А. Н., Поволоцкая А. М., Задворкин С. М. и др. Влияние упругопластического деформирования по схеме двухосного растяжения на магнитные характеристики никеля / Дефектоскопия. 2023. № 11. С. 3 – 16. DOI: 10.31857/s0130308223110015

21. Бозорт Р. Ферромагнетизм. — М.: Иностранная литература, 1956. — 784 с.

22. Захаров В. А., Ульянов А. И., Горкунов Э. С. Коэрцитивная сила ферромагнитных сталей при двухосном симметричном растяжении материала / Дефектоскопия. 2011. № 6. С. 3 – 15.

23. Новиков В. Ф., Захаров В. А., Ульянов А. И. и др. Влияние двухосной упругой деформации на коэрцитивную силу и локальную остаточную намагниченность конструкционных сталей / Дефектоскопия. 2010. ¹ 7. С. 59 – 68.