Изменение связи между магнитными параметрами чугуна по сравнению со сталью под влиянием внутреннего размагничивания

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

?ггтгггг: къттспъ / inQ
-4 (77), 2014 I IVV
M ж®
* Материаловедение
УДК 620. 179. 14
Поступила 05. 09. 2014
С. Г. САНДОМИРСКИЙ, Объединенный институт машиностроения НАНБеларуси
ИЗМЕНЕНИЕ СВЯЗИ МЕЖДУ МАГНИТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЧУГУНА ПО СРАВНЕНИЮ СО СТАЛЬЮ ПОД ВЛИЯНИЕМ ВНУТРЕННЕГО РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
Во всем диапазоне изменения магнитных свойств чугунов установлена связь их максимальной магнитной проницаемости р. т с коэрцитивной силой Нс и остаточной намагниченностью Мг Выявлены отличия этой связи для сталей и чугунов. Формула для расчета xm сталей по Нс и Мг скорректирована для расчета? т чугунов. В результате корректировки погрешность расчета? т чугунов снижена. Результаты могут быть использованы в магнитном структурном анализе взамен трудоемкого измерения? т.
Connection of maximum magnetic permeability? m of cast irons with coercive force Нс and residual magnetism Mr is established in all size of changing of the magnetic characteristics of cast iron. Differences of this connection for steels and cast irons are revealed. Formula for calculation? m of steels by Нс and Mr is corrected for calculation? m of cast irons. As a result of correction the calculation error of cast irons? m is diminished. The results can be used in magnetic structural analysis instead of labor-consuming measurement? m.
Основными параметрами магнитного структурного анализа материалов являются коэрцитивная сила Нс, остаточная намагниченность Мг и максимальная магнитная проницаемость тт • Чувствительность тт к структурным превращениям в металлах отлична от чувствительностей к ним Нс и Мг. Но измерение тт более трудоемко и менее точно, чем измерение Нс и Мг. Данные о влиянии технологий получения материалов на их тт приводятся в литературе реже, чем на Нс и Мг. Это определяет важность поиска связи тт материалов с их Нс и Мг.
Такая связь установлена в [1] Гумлихом и Шмидтом для «сталей и чугунов». В системе СИ разработанная ими эмпирическая формула имеет вид
тт * (0,476 + 0,712уИ)Мг/Ис, (1)
где у = 1 м/А.
Зависимость (1) используют в научной и учебной литературе как достоверный факт, Но узкий диапазон изменения магнитных свойств стальных и чугунных образцов в [1] не позволил выявить отличия в связи тт с Нс и Мг для сталей и чугунов и обеспечить необходимую точность расчета тт •
В [2] статистическим анализом взаимосвязи магнитных параметров 855 сталей с 0,5 кА/м & lt- Нс & lt- 8 кА/м, прошедших закалку и отпуск по разным режимам, разработана формула для расчета тт сталей по Нс и Мг:
тт * [0,5 + 0,6уИс- (0,68уИс)2]Мг/Ис.
(2)
Показано, что среднее значение 5 модуля относительной погрешности расчета тт сталей по (2) в 1,58 раза меньше, чем 5 расчета тт сталей по формуле (1), и составляет менее 10%. Это меньше суммы погрешностей 5 измерения по стандартным методикам, входящих в формулу (2) параметров
Еще лучшие результаты получены в [3] для расчета тт сталей с 4 кА/м & lt- Нс & lt- 8 кА/м:
тт * [0,5 + 0,53уИс- (0,6уИс)2]Мг/Ис.
(3)
Формула (3) обеспечивает 5 расчета тт вдвое меньшую, чем 5 измерения тт по стандартной методике, на порядок меньшую, чем 5 расчета тт этих сталей по (1)
Но намагничивание чугунов происходит при размагничивающем влиянии графитовых включений Это отличие от намагничивания сталей не позволяет применить разработанные формулы (2) и (3) для расчета тт чугунов по их Нс и Мг.
Цель данной работы — получение связи максимальной магнитной проницаемости чугунов с параметрами предельной петли их магнитного гистерезиса во всем диапазоне изменения магнитных свойств чугунов
110 /
/хггггг: кътжпъ
4 (77), 2014-
Методика и результаты статистического анализа
Для анализа используем результаты измерения mm, Нс и Мг чугунов на одних и тех же образцах по методикам [4]. Этому удовлетворяют результаты измерения mm, Br и Нс чугунов с пластинчатой и сферической формой графитовых включений, прошедших разную термическую обработку [5, табл. 4, 5], [6, табл. 7]. Измерения магнитных свойств чугунов в [5, 6] соответствуют требованиям [4], а 11 термических обработок, проведенных в [5, 6], не изменяя формы графитовых включений в образцах, обеспечили широкий диапазон изменения их магнитных свойств. При анализе учтены и результаты измерения в [1] магнитных свойств серого чугуна, использованные при разработке формулы (1).
Проходящие через начало координат линейные уравнения регрессии вида
im (эксперимент) = кцт (расчет) (4)
(k — коэффициент) между результатами расчета mm по разным формулам и результатами измерения mm построены в программе «Microsoft Excel». Для анализа использованы коэффициент R корреляции уравнения регрессии (4), рассчитанный программой по стандартной формуле, а также среднее значение O модуля относительной погрешности o измерения mm:
я 100% & quot- I (расчет) — -цт (эксперимент)^
o =-L-----• (5)
п ?=1 цт (эксперимент), —
При сопоставительном анализе результатов расчета тт по разным формулам в качестве критерия использована и близость коэффициента к в (4) к 1.
Связь между Нс, Мг и тт чугунов будем искать в виде:
тт «?[0,5 + 0,6уЯс --(0,68уЯс)2] МГ1НС
(2/)
(3/)
mm -%[0,5 + 0,53уЯс --(0,6уЯс)2]Mr/Hc,
Результаты статистического анализа формул для расчета цт чугунов
где? — коэффициент, полученный на основе сравнения результатов расчета тт чугунов по (2'-) и (3'-) с достоверными результатами измерения тт тех же чугунов
Результаты анализа связи тт чугунов с их Мг и Нс при расчете тт по формулам (1), (2), (3), (2'-) и (3) для исследованных чугунов приведены в таблице
Анализ показал, что используемая в научной литературе формула (1) при расчете тт чугунов с 0,3 кА/м & lt- Нс & lt- 6,0 кА/м при высоком Я «0,985 между результатами расчета и эксперимента приводит к результатам, заниженным в среднем на 9%. При этом 5 расчета составляет 8,8%. Разработанная в [2] для расчета тт сталей формула (2) при расчете тт чугунов снижает 5 расчета до 7,7%. При этом коэффициент к в уравнении регрессии (4) между результатами расчета измерения тт равен 1,08. Значит, расчет тт чугунов по формуле (2) приводит к значениям цт, заниженным по сравнению с экспериментом в среднем на 8%. Это является следствием того, что под размагничивающим действием графитовых включений при прочих равных условиях Мг чугуна снижается в 1,08 раза быстрее, чем его тт • Подтверждением этому является и близкое к 1,08 значение к «1,089, полученное в уравнении регрессии (4) между результатами расчета тт по формуле (3) и измерения тт маг-нитотвердых чугунов (с 4 кА/м & lt- Нс & lt- 6 кА/м)
Поэтому формулы (2'-) и (3'-) при? = 1,08 при расчете тт чугунов приводят к значению к «1 в уравнении регрессии (4). При этом статистически значимых отличий в результатах расчета тт чугунов с пластинчатой и шаровидной формой графитовых включений не обнаружено
Расчет (2'-) тт чугунов во всем исследованном диапазоне изменения их магнитных свойств обеспечил снижение 5 до значения 6,9% Это в 1,28 раза меньше, чем 5 расчета тт тех же чугунов по (1). Формула (3) при расчете тт магнитотвердых чугунов обеспечила значение 5 «4,9%. Это в 2,77 раза меньше, чем 5 расчета тт тех же чугунов по (1).
и
Номер формулы Количество образцов, источник информации Диапазон Нс, кА/м Параметры статистической обработки
k R o,%
(1) 96, [1, 5, 6] 0,3−6,0 1,09 0,985 8,8
(2) 1,08 0,986 7,7
(27), % = 1,08 1,00 0,986 6,9
(1) 22, [5] 4,0−6,0 0,88 0,940 13,6
(3) 1,089 0,949 8,9
(30, % = 1,08 1,008 0,949 4,9
(27), % = 1,08 10, [7] 0,2−3,0 1,001 0,996 6,7
Рис. 1. Магнитные свойства перлитного ковкого чугуна в зависимости от температуры Тз закалки при нагреве в печи. Результаты измерения в [8, рис. 3, а]: о — Нс- ¦ - Мп + - тт¦ х — результаты расчета тт этих чугунов по (2'-) при = 1,08
Полученный результат позволяет отказаться от трудоемких измерений тт чугунов при исследованиях зависимости их магнитных свойств от технических воздействий. Значения тт чугунов могут быть определены по формуле (2'-) или (3'-) при = 1,08 по результатам простого и достоверного измерения Нс и Мг.
Правомерность такой рекомендации подтверждена и приведенными в таблице результатами статистического анализа сопоставления результатов [7, табл. 1] измерения тт чугунов с шаровидным, пластинчатым и междендритно-точечным графитом с ферритной и перлитной металлической основой и результатами расчета тт этих чугунов по (2'-) при = 1,08. Расчет тт чугунов проведен на основании результатов измерения их Вг и Нс, приведенных в [7, табл. 1]. Измерения магнитных свойств чугунов в [7] проведены в замкнутой магнитной цепи. Диапазон изменения Нс образцов -от 0,2 до 3 кА/м. Результаты измерения магнитных свойств чугунов в [7] не использованы при статистическом анализе разных формул для расчета тт чугунов, представленных в таблице. Они получены другими исследователями на других образцах другой аппаратурой Поэтому они могут служить объективным критерием достоверности результатов расчета тт чугунов по формуле (2). Представленные в таблице статистические результаты сопоставления расчетных и экспериментально измеренных значений тт этих чугунов (близкие к 1 значения Я и к, величина 5, не превысившая 6,9%) подтверждают объективный характер установленной связи (2'-) при = 1,08 между цт, Нс и Мг чугу-нов
лг: ттгг= г: ктмжгт /111
-4 (77), 2014 I III
Подтверждением этому служат, например, и приведенные на рис. 1 зависимости mm, Нс и Мг ковкого чугуна от температуры Тз закалки по [8, рис. 3, а] и результаты расчета mm этих чугунов по (4'-) при $ = 1,08.
Хотя образцы из ковкого чугуна не были использованы при разработке формулы (2'-) и обосновании значения $ = 1,08 в ней, характер экспериментальной и рассчитанной зависимостей тт (Тз) совпадает. В тех случаях, когда отличие между результатами расчета и измерения mm превышает неизбежную погрешность эксперимента, эти отличия обусловлены не неточностью формулы (2'-), а неточностью измерений mm в [8]. Это фактически признали и авторы [8], «сгладив» экспериментальные кривые. Отметим и то, что, хотя измерения магнитных параметров чугунов в [8] проведены «в замкнутой магнитной цепи специального электромагнита», методика измерения напряженности магнитного поля «с помощью накладной катушки поля, изогнутой по форме образца», могла служить источником методической ошибки измерения mm • Между тем, при измерениях Нс и Вг образцов такая ошибка не возникает. Поэтому результаты расчета mm чугунов по формуле (2'-) на основании достоверно измеренных величин Нс и Вг дают более достоверную информацию о mm чугунов, чем результаты измерения mm в [8].
Разработанная формула (2) вместе с другими связями между магнитными параметрами чугунов помогает выявить и «промахи» в результатах измерения mm • В качестве примера такой возможности на рис 2 приведены результаты измерения в [9, рис. 24, б] зависимостей Нс, Ms и mm серого чугуна от температуры То отпуска. В отличие от [8] «измерение характеристик магнитных свойств» чугунов в [9] «производились баллистическим методом в открытой магнитной цепи» Поэтому результаты измерения Вг или Мг чугунов на рис. 24 в [9] не приведены. Но и результаты измерения mm чугунов на этом рисунке не соответствуют их реальным значениям В обоснование этого на рис 2 приведены данные расчета Мг этих чугунов по формуле:
Mr *mmHcl{1,08[0,5 + 0,6уЯс-
2 (6) -(0,68уЯс)2]}.
Обратим внимание на аномально низкие значения Мг, полученные при расчете: отношение Кп = M, JMS чугунов на рис. 2 в зависимости их То изменяется в пределах 0,136 & lt- Кп & lt- 0,223. Между тем, диапазон возможного изменения Кп чугунов, магнитные свойства которых достоверно измерены в замкнутой магнитной цепи, составляет 0,3 & lt- Кп & lt-
I 4 (77), 2014-
Заметим, что и ГОСТ [4] ни при каких условиях не допускает измерения mm ферромагнитных материалов в открытой магнитной цепи. Подобные [9] не достоверные результаты, попадая на страницы последующих обзоров (например, на рис. 17 и18 в [10]), искажают действительные зависимости магнитных параметров чугунов от технических воздействий и затрудняют разработку эффективных методов контроля структуры чугу-нов
Выводы
1. Установлено, что под влиянием графитовых включений при прочих равных условиях остаточная намагниченность Мг чугуна снижается в 1,08 раза сильнее, чем его максимальная магнитная проницаемость mm •
2. Для расчета mm чугунов по Нс и Мг получена формула (27), для расчета mm чугунов с Нс & gt- 4 кА/м -формула (3). Показано, что модуль 5 средней относительной погрешности расчета mm чугунов по (2/) и (3/) при = 1,08 в 1,28 и 2,77 раза меньше 5 расчета mm по используемой в литературе формуле (1) и близок к корню квадратному из суммы квадратов погрешностей измерения входящих в (2/) и (3) параметров по стандартным методикам.
3. Полученный результат позволяет отказаться от трудоемких измерений mm чугунов при исследованиях зависимости их магнитных свойств от режимов технических воздействий. Значения mm чу-гунов могут быть определены по формулам (2/) и (3/) по результатам простого и достоверного измерения Нс и Мг.
Литература
1.G u m l i c h E., S c h m i d t E. Magnetische Untersuchungen an neueren Eisensorten // Elektrotechnische Zeitschrift. 1901. Heft 35 .P. 691−698.
2 .С, а н д о м и р с к и й С .Г. Структурная чувствительность максимальной магнитной проницаемости. Ч. 1. Статистический анализ связи максимальной магнитной проницаемости сталей с параметрами петли гистерезиса // Контроль. Диагностика. 2013 .№ 12. С. 35−41.
3 .С, а н д о м и р с к и й С .Г. Анализ связи максимальной магнитной проницаемости магнитотвердых сталей с параметрами предельной петли гистерезиса // Сталь. 2013. № 8. С. 70−74.
4. ГОСТ 8. 377−80 Материалы магнитомягкие. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик. М.: Изд-во стандартов, 1986.
5 .К, а р, а м, а р, а А., Р у т к о в с к и й Я. Проблемы, связанные с практическим применением магнитных методов контроля влияния термической обработки // 30-й междунар. конгресс литейщиков. М.: Машиностроение, 1967. С. 169−190.
6 .К, а р, а м, а р, а А. Основные положения магнитных методов контроля состояния и качества чугунных отливок // 25-й междунар. конгресс литейщиков. М., 1961. С. 454−475.
7 .И в л е в В. А., К о с т е ц к и й И .И. Магнитные методы и приборы контроля структур отливок из чугуна с шаровидным графитом // Дефектоскопия. 1965. № 3. С. 43−53.
8. Р у с и н П. И., Г о ф м, а н Л. А. Магнитные и электрические свойства термически обработанного ковкого чугуна // Дефектоскопия. 1967. № 5. С. 58−64.
9. Р у с и н П .И., Г о ф м, а н Л. А., К, а п у с т я н с к и й М .А. Магнитная структуроскопия термически обработанного чугуна. Ростов-на-Дону: Ростовский университет, 1978.
10 .Г о р к у н о в Э .С., С о м о в, а В. М., Н и ч и п у р у к, А .П. Магнитные свойства и методы контроля структуры и прочностных характеристик чугунных изделий. (Обзор) // Дефектоскопия. 1994. № 10. С. 54−82.
0,5Нс, Ms, кА/м- 5 Мг, кА/м-
Рис. 2. Магнитные свойства закаленного ТВЧ со скоростью индукционного нагрева 250 град/с ферритного серого чугуна в зависимости от температуры То отпуска. Результаты измерения в [9, рис. 24, б]: о — Нс-? -+ - тт¦ ¦ - результаты расчета Мг этих чугунов по (6)
0,7 [1, 5−8]. Такие низкие значения Кп чугунов, полученные на основании приведенных в [9] результатов измерения их цт, позволяют сделать заключение: представленные на рис. 24 в [9] результаты измерения тт чугунов занижены по сравнению с их истинными значениями не менее, чем вдвое. По-видимому, это явилось следствием методической ошибки измерения тт в [9] на образцах «в открытой магнитной цепи» и измерения «напряженности поля на поверхности образцов баллистическим методом с использованием плоской, изогнутой в форме образца катушки поля».

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой