Связь электрических и магнитных характеристик сталей с их физико-химическими свойствами

Особенность вихретокового контроля ферромагнитных изделий состоит в сильном влиянии магнитных свойств ОК на сигналы преобразователя.

Для правильного выбора метода и режима контроля важно установить связь магнитных и электрических свойств материалов с их физико-химическими свойствами. Задача осложняется тем, что для сталей, подвергнутых тем или иным видам термообработки, эта связь оказывается различной и часто неоднозначной, поэтому рассмотрение часто ограничивается установлением корреляциях зависимостей между физико-химическими и электрическими и магнитными свойствами одной конкретной марки стали, прошедшей определенный вид термообработки. Все стали имеют сложное кристаллическое строение и состоит из разных фаз с неоднородными внутренними напряженностями. Но даже зная свойства каждой фазы, не удается рассчитать свойства их совокупности (стали) из-за сложного магнитного взаимодействия и количественного соотношения фаз, т.е. из-за сложности структуры стали.

Вихретоковые приборы чувствительны не только к режимам термообработки, но и к химическому составу стали. Так, даже самые небольшие колебания содержания углерода легирующих элементов приводят к резкому изменению магнитных свойств.

а)

Рис. Влияние содержания углерода в стали на индукцию насыщения и остаточную индукцию (а), коэрцитивную силу (б) и максимальную магнитную проницаемость (в).

Из рисунков выше видно, что при увеличении содержания углерода от 0 до 1,5% коэрцитивная сила Нс возрастает, а μmax убывает приблизительно в 10 раз, в то время как остаточная индукция Вr и индукция насыщения Вs изменяются незначительно. Отсюда следует, что по результатам измерения Нс или μmax можно контролировать содержание углерода в стали.

Установлено, что для успешной сортировки сталей методами вихревых токов по химическому составу необходимо стабилизировать путем отжига или нормализации влияние вариации структуры стали на её магнитные и электрические свойства.

Основной вид термообработки сталей – закалка и отпуск сильно изменяют как структуру стали, так и её магнитные и электрические свойства.

На рисунке показан характер изменения остаточной индукции Вr, максимальной относительной магнитной проницаемости, коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления ρ и твердости HRC от температуры закалки стали ШХ15.

Из представленных зависимостей видно, что Нс не является монотонной функцией температуры закалки. Следовательно коэрцитиметрический метод оказывается непригодным для контроля режима закалки, в то время как вихретоковый вид контроля весьма чувствителен к изменению удельной электрической проводности и позволяет контролировать режим закалки стали.

Важной особенностью приведенных выше зависимостей является то, что твердость стали остается почти неизменной при данном виде термообработки. Вследствие этого по результатам измерения твердости невозможно разделить нормально отпущенные, недоотпущенные и переотпущенные детали, в то время как вихретоковый вид это позволяет сделать. Отсюда можно сделать вывод: механические методы контроля деталей по твердости уступают вихретоковым, которые обладают большей чувствительностью к изменению режимов термообработки, т.е. в конечном итоге к изменению структуры.