Enviar artigo por via de e-mail Estimation of the time resistance of steel by the parameters of the harmonic spectrum of the remagnetization curve
- Autores: Sokolov R.A.1, Muratov K.R.1
-
Afiliações:
- Federal State Budget Educational Institution of High-er Education « Industrial University of Tyumen»/ IUT
- Edição: Nº 5 (2024)
- Páginas: 71-75
- Seção: Thermal methods
- URL: https://bakhtiniada.ru/0130-3082/article/view/257603
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0130308224040068
- ID: 257603
Citar
Texto integral
Resumo
The paper presents the results of laboratory studies of structural steels. The possibility of application of complex parameters obtained on the basis of harmonic components of magnetic hysteresis loop for practical estimation of steel time resistance is shown. Determination of the value of the complex parameter is carried out by means of the method of separation of diagnoses in the feature space and the method of group accounting of arguments. Registration of magnetic hysteresis loops is carried out by means of magnetic structuroscope DIUS-1.15M. The weight coefficients of the influence of harmonic components on the value of the complex parameter were determined. The results of the study demonstrate the possibility of satisfactory estimation of the strength of steel by the value of the complex parameter.
Texto integral
Одним из свойств стали, по которому судят о надежности и сроке эксплуатации изделия, является временное сопротивление (σв) [1, 2]. Определение ее величины проводят стандартным образом в процессе разрушения образца, имеющего определенную форму и геометрические размеры [2].
Помимо разрушающих методов определения σв 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 σв, а также приведены статистические результаты оценки σв по Hc. 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 σв.
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
Марка стали | Термическая обработка | Размеры образцов, мм |
09Г2С | Н (930 °С) + ЗВ | 58,5×26,0×3,7 |
Н (930 °С) + ЗВ + О (200 °С) | ||
Н (930 °С + ЗВ + О (350 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (500 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (650 °С) | ||
Ст3 | Н (930 °С) + ЗВ | 59,0×29,0×3,8 |
Н (930 °С) + ЗВ + О (200 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (350 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (500 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (650 °С) | ||
15ХСНД | Н (930 °С) + ЗВ | 59,0×28,0×7,5 |
Н (930 °С) + ЗВ + О (200 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (350 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (500 °С) | ||
Н (930 °С) + ЗВ + О (650 °С) | ||
Н — нагрев; ЗВ — закалка в воде; О — отпуск | ||
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 σв 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 σв 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 σв наблюдается наличие удовлетворительной корреляционной зависимости, описываемой функцией с достоверностью R2 = 0,92. При этом относительная ошибка определения временного сопротивления σв составляет ±9,6 %. Между комплексным параметром Р2 и временным сопротивлением σв наблюдается корреляция, описываемая степенной функцией с достоверностью R2 = 0,91. При этом разброс определения временного сопротивления σв 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 σв.
Статья подготовлена за счет средств гранта Некоммерческой организации «Благотворительный фонд «ЛУКОЙЛ».
Sobre autores
R. Sokolov
Federal State Budget Educational Institution of High-er Education « Industrial University of Tyumen»/ IUT
Autor responsável pela correspondência
Email: falcon.rs@mail.ru
Rússia, 625000 Tyumen, Volodarsky str., 38
K. Muratov
Federal State Budget Educational Institution of High-er Education « Industrial University of Tyumen»/ IUT
Email: muratovkr@tyuiu.ru
Rússia, 625000 Tyumen, Volodarsky str., 38
Bibliografia
- Agamirov L.V. Mashinostroenie / Enciklopediya. 40 t. Razd. 2. Materialy v mashinostroenii. T. 2-1. Fiziko-mekhanicheskie svojstva. Ispytaniya metallicheskih materialov (Mechanical Engineering. Encyclopedia. In 40 vol. Section 2. Materials in mechanical engineering. Т. 2-1. Physical and mechanical properties. Tests of metallic materials), Moscow: Mashinostroenie, 2010, Р. 851.
- GOST 1497—84. Metally. Metody ispytanij na rastyazhenie (Metals. Tensile test methods): Introduced 1986-01-01. Moscow: Izd-wo standards, 1990. Р. 52.
- Poletika I.M., Egorova N.M., Kulikova O.A., Zuev L.B. About ultrasonic control of heterogeneity of mechanical properties of hot-rolled steel // Journal of Technical Physics. 2001. Т. 71. No. 3. P. 37—40.
- Ponomarev Yu.F. Laws of harmonic components of magnetization of cyclically remagnetized ferromagnetic cores and possibilities of their use. I. Criteria of physical similarity // Defectoscopya. 1983. No. 9. P. 52—62.
- Novikov V.F., Neradovsky D.F., Sokolov R.A. Use of quasi-static magnetic hysteresis loops for steel structure control // Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. 2016. Т. 18. No. 2. P. 38—49.
- Sokolov R.A., Muratov K.R., Novikov V.F. Application of the spectral characteristics parameters of the remagnetization curve to determine the hardness of a ferromagnetic material // Defectoscopya. 2023. No. 6. P. 70—72.
- Markovets M. P. Determination of Mechanical Properties of Metals by Hardness. M.: Mashinostroenie, 1979. Р. 171.
- Sandomirsky S.G. Analysis of the relationship between the coercive force and the time resistance of carbon steels // Steel. 2016. No. 9. P. 62—65.
- Sandomirsky S.G. Generalized correlation dependences between the time resistance of steels and their hardness // Zavodskaya laboratoriya. Diagnostics of materials. 2017. Т. 83. No. 11. P. 52—57.
- Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) // Metal Working and Material Science. 2022. V. 24. No. 4. P. 113—126.
Arquivos suplementares
