|
DOI: 10.14489/td.2020.04.pp.004-013
Сандомирский С. Г.
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ КОНТРОЛЬ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТВЕТСТВЕННЫХ КРЕПЕЖНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ СТАЛИ 30ХГСА
(c. 4-13)
Аннотация. Крепежные изделия, используемые в авиационной технике, должны обладать повышенной прочностью, твердостью, износостойкостью при низких температурах. Их изготавливают из среднеуглеродистой стали 30ХГСА, легируя хромом, марганцем, кремнием. Баланс между прочностными и пластическими свойствами изделий достигают режимом их закалки и отпуска. Возможные отклонения режимов термической обработки от заданных требуют проводить контроль всей продукции. Эффективным методом неразрушающего контроля механических свойств сталей является магнитный. При контроле массовых партий изделий используют измерение остаточного магнитного потока Фd в изделиях после намагничивания при движении. При этом Фd пропорционален не остаточной намагниченности Мr, а коэрцитивной силе Нc материала изделий. Характерной особенностью сталей с содержанием углерода больше 0,3 % (сталей 30ХГСА, 40Х, 40ХН, 45Х) является немонотонное изменение Нс с увеличением температуры То отпуска закаленных изделий. Поэтому магнитный контроль механических свойств изделий из таких сталей имеет особенности: намагниченные изделия перед измерением Фd дозированно размагничивают полем напряженностью –Нp. Разработанная методика позволяет выбрать величину Нp, при которой достигается оптимальная чувствительность к изменениям То изделий. Такой контроль основан на чувствительности Фd в изделии после его перемагничивания полем –Нp к остаточной намагниченности Мr материала изделия. Сообщается о технических средствах для применения методики с производительностью до двух изделий в секунду. Приведен пример их применения для контроля твердости болтов из стали 30ХГСА, используемых в самолетостроении.
Ключевые слова: крепежные изделия, среднеуглеродистые стали, термическая обработка, механические свойства, неразрушающий контроль.
Sandomirski S. G.
NON-DESTRUCTIVE MAGNETIC TESTING OF THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF MISSION-CRITICAL MOUNTING COMPONENTS MADE OF 30HGSA STEEL
(pp. 4-13)
Abstract. The mounting products with mission-critical functions (bolts, studs, rods) used in aviation technology are subject to increased strength, hardness, and wear resistance requirements. They are made of specially developed medium-carbon steel 30KhGSA alloyed with chromium, manganese, and silicon. According to international classifications, the steel 30KhGSA is steel 42CrMo4-T (EN), 1.7225 (DIN, W.NR), 4140H (AISI). The balance between the strength and plastic properties of the products is achieved by the choice of the mode of their heat treatment – quenching and subsequent medium or high temperature tempering. Possible deviations in the chemical composition of the product materials and the modes of their heat treatment from the prescribed ones lead to unacceptable deviations of the properties of the products. This requires monitoring all products. The physical basis of magnetic structural analysis relies on the fact that mechanical and magnetic properties of steels are sensitive to the structural transformations occurring in them during thermal treatments. It has been proven that the coercive force Нc and the remanent magnetization Мr of many steels are related to their structure. When controlling mass batches of products, the best results in reliability and productivity are achieved by magnetization of products when they fall through a coil with the direct current and measuring the remanent magnetic flux Fd in the product. In this case, Fd in the product is not proportional to Mr, but to Hc of the product material. A characteristic feature of alloyed steels with a carbon content greater than 0.3 %, including steel 30KhGSA (steels 42CrMo4-T, 1.7225, 4140H, 37Cr4, 41Cr4, 46Cr2 and others), is a non-monotonic change in Hc with an increase in the tempering temperature Tо of products. Therefore, magnetic quality control of products from such steels requires a specific procedure. To test the tempering mode of such products, we have proposed to expose the magnetized products to a graded demagnetizing field with the strength Нp, before measuring Fd. The developed method allows us to choose the value of Hp, at which the optimum sensitivity to changes in Tо is achieved while monitoring products of specific sizes. In this report we show that such testing is based on the sensitivity of Fd in the product after its reverse magnetization in the field Hp to the remanent magnetization of the material Mr. We also article the technical means ensuring application of the developed methodology in industrial settings with a control output of up to 2 products per second. Examples of application of the method for controlling the hardness of small bolts made of steel 30HGSA, intended for use in aircraft construction, are given.
Keywords: fasteners, medium carbon steels, heat treatment, mechanical properties, non-destructive testing.
С. Г. Сандомирский (Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси, Минск, Республика Беларусь) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
S. G. Sandomirski (Joint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of Belarus, Minsk, Belarus) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; под общ. ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
2. Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993. 252 с.
3. Неразрушающий контроль: справочник: в 8 т. / под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 6: в 3 кн. Магнитные методы контроля. Кн. 1. В. В. Клюев, В. Ф. Мужицкий, Э. С. Горкунов, В. Е. Щербинин. 2-е изд., дораб. М.: Машиностроение, 2006. 848 с.
4. Михеев М. Н., Жукова П. Н., Томилов Г. С. Магнитные и электрические свойства легированных сталей после различной термической обработки // Тр. Ин-та физики металлов АН СССР. Вып. 15. Свердловск, 1954. С. 90 – 96.
5. Кузнецов И. А. Магнитные и электрические свойства некоторых конструкционных сталей и разработка неразрушающих методов контроля механических свойств стальных изделий // Магнитные, магнитомеханические и электрические свойства ферромагнетиков. Свердловск, 1972. С. 48 – 67.
6. Михеев М. Н., Горкунов Э. С., Дунаев Ф. Н. Неразрушающий магнитный контроль закаленных и отпущенных изделий из низколегированной стали // Дефектоскопия. 1977. № 7. С. 7 – 13.
7. Стерхов Г. В., Ермолаев В. Г., Горкунов Э. С. Контроль качества высокотемпературного отпуска изделий из сталей 30ХГСА и 8ХВ в замкнутой магнитной цепи // Дефектоскопия. 1984. № 7. С. 3 – 5.
8. Бида, Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 218 с.
9. Сандомирский С. Г. Анализ погрешности измерения поля максимальной магнитной проницаемости // Измерительная техника. 2011. № 12. С. 41 – 44. [Sandomirskii S. G. An analysis of the error in measuring the field of the maximum magnetic permeability of steels // Measurement Techniques. 2012. V. 54. Is. 12. P. 1403 – 1407.]
10. Клюев В. В., Сандомирский С. Г. Анализ и синтез структурочувствительных магнитных параметров сталей. М.: ИД «Спектр», 2017. 248 с.
11. Сандомирский С. Г. Анализ погрешности измерения магнитной проницаемости ферромагнитного материала в открытой магнитной цепи // Измерительная техника. 2010. № 9. С. 57 – 61. [Sandomirsky S. G. Analysis of the error in measuring the magnetic permeability of a ferromagnetic material in an open magnetic circuit // Measurement Techniques. 2010. V. 53. Is. 9. Р. 1060 – 1066.]
12. Сандомирский С. Г. О необходимости корректировки некоторых справочных данных о магнитных свойствах сталей // Сталь. 2011. № 5. С. 78 – 82. [Sandomirsky S. G. Errors in handbook data regarding the magnetic properties of steel // Steel in Translation. 2011. V. 41. No. 5. P. 445 – 450.]
13. Сандомирский С. Г. Анализ методической погрешности измерения намагниченности сталей в процессе коэрцитивного возврата // Измерительная техника. 2013. № 2. С. 57 – 60.[Sandomirski S. G. Analysis of the Systematic Error When Measuring the Magnetization of Steels in the Coercive Recovery Process // Measurement Techniques. 2013. V. 56. Is. 2. P. 195 – 200.]
14. Костин К. В., Костин В. К., Смородинский Я. Г. и др. Выбор параметров и алгоритма магнитной твердометрии углеродистых термообработанных сталей методом регрессионного моделирования // Дефектоскопия. 2011. № 2. С. 3 – 11. [Kostin K. V., Kostin V. N., Smorodinskii Ya. G. et al. Choice of the Parameters and Algorithm for the Magnetic Hardness Testing of Thermally Treated Carbon Steels by the Method Regression Modeling // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2011. V. 47. Is. 2. P. 89 – 95.]
15. Förster F., Stumm W. Application of magnetic and electromagnetic nondestructive test methods for measuring physical and technological material values // Materials Evaluation.1975. V. 33. No. 1. Р.5 – 15.
16. Förster F. “The First Picture”: A Review on the Initial Steps in the Development of Eight Branched of Nondestructive Material Testing // Materials Evaluation. 1983. V. 41. No. 13. Р. 1477 – 1488.
17. Сандомирский С. Г. Магнитный контроль физико-механических свойств изделий массового производства в движении (обзор) // Дефектоскопия. 1996. № 7. С. 24 – 46.[Sandomirskii S. G. Magnetic Inspection of the Physicomechanical Properties of Mass Production Component in Motion (Review) // Russian Journal of Nondestructive Testing. 1996. V. 32. No. 7. P. 521 – 538.]
18. Сандомирский С. Г. Расчет и анализ размагничивающего фактора ферромагнитных тел. Минск: Беларуская навука, 2015. 244 с.
19. Сандомирский С. Г. Современные возможности магнитного контроля структуры изделий (обзор) // В мире неразрушающего контроля. 2009. № 1. C. 40 – 46.
20. Пат. на изобр. № 20075. Республика Беларусь. Способ контроля механических свойств движущегося стального изделия, подвергнутого отпуску после закалки / С. Г. Сандомирский // Афiцыйны бюл. 2016. № 2.
1. Sorokin V. G. (Ed.), Volosnikova A. V., Vyatkin S. A. et al. (1989). Database of steels and alloys. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
2. Miheev M. N., Gorkunov E. S. (1993). Magnetic methods of structural analysis and non-destructive testing. Moscow: Nauka. [in Russian language]
3. Klyuev V. V. (Ed.), Muzhitskiy V. F., Gorkunov E. S., Shcherbinin V. E. (2006). Non-Destructive Testing: Handbook: in 8 volumes. Vol. 6: in 3 books. Magnetic testing methods. Book 1. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
4. Miheev M. N., Zhukova P. N., Tomilov G. S. (1954). Magnetic and electrical properties of alloy steels after various heat treatments. Proceedings of the Institute of Metal Physics, USSR Academy of Sciences, Vol. 15, pp. 90 – 96. Sverdlovsk. [in Russian language]
5. Kuznetsov I. A. (1972). Magnetic and electrical properties of some structural steels and the development of non-destructive methods for testing the mechanical properties of steel products. Magnetic, magnetomechanical and electrical properties of ferromagnets, pp. 48 – 67. Sverdlovsk. [in Russian language]
6. Miheev M. N., Gorkunov E. S., Dunaev F. N. (1977). Non-destructive magnetic testing of hardened and tempered low alloy steel products. Defektoskopiya, (7), pp. 7 – 13. [in Russian language]
7. Sterhov G. V., Ermolaev V. G., Gorkunov E. S. (1984). Quality control of high-temperature tempering of products from 30KhGSA and 8KhV steels in a closed magnetic circuit. Defektoskopiya, (7), pp. 3 – 5. [in Russian language]
8. Bida, G. V., Nichipuruk A. P. (2005). Magnetic properties of heat-treated steels. Ekaterinburg: UrO RAN. [in Russian language]
9. Sandomirskiy S. G. (2011). Analysis of the error in measuring the field of maximum magnetic permeability. Izmeritel'naya tekhnika, (12), pp. 41 – 44. [in Russian language]
10. Klyuev V. V., Sandomirskiy S. G. (2017). Analysis and synthesis of structurally sensitive magnetic parameters of steels. Moscow: ID «Spektr». [in Russian language]
11. Sandomirskiy S. G. (2010). Analysis of the error in measuring the magnetic permeability of a ferromagnetic material in an open magnetic circuit. Izmeritel'naya tekhnika, (9), pp. 57 – 61. [in Russian language]
12. Sandomirskiy S. G. (2011). Necessity of the correction some reference data on the magnetic properties of steels. Stal', (5), pp. 78 – 82. [in Russian language]
13. Sandomirskiy S. G. (2013). Analysis of the methodological error of measuring the magnetization of steels in the process of coercive return. Izmeritel'naya tekhnika, (2), pp. 57 – 60. [in Russian language]
14. Kostin K. V., Kostin V. K., Smorodinskiy Ya. G. et al. (2011). Choice of parameters and algorithm for magnetic solidometry of carbon heat-treated steels by regression modeling. Defektoskopiya, (2), pp. 3 – 11. [in Russian language]
15. Förster F., Stumm W. (1975). Application of magnetic and electromagnetic nondestructive test methods for measuring physical and technological material values. Materials Evaluation, Vol. 33, (1), pp.5 – 15.
16. Förster F. (1983). “The First Picture”: A Review on the Initial Steps in the Development of Eight Branched of Nondestructive Material Testing. Materials Evaluation, 41(13), pp. 1477 – 1488.
17. Sandomirskiy S. G. (1996). Magnetic testing of physical and mechanical properties due to mass production in motion (review). Defektoskopiya, (7), pp. 24 – 46. [in Russian language]
18. Sandomirskiy S. G. (2015). Calculation and analysis of the demagnetizing factor of ferromagnetic bodies. Minsk: Belaruskaya navuka. [in Russian language]
19. Sandomirskiy S. G. (2009). Modern possibilities of magnetic testing of product structure (review). V mire nerazrushayushchego kontrolya, (1), pp. 40 – 46. [in Russian language]
20. Sandomirskiy S. G. (2016). A method for testing the mechanical properties of a moving steel product tempered after quenching. Invention Patent No. 20075. Republic of Belarus. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2020.04.pp.004-013
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2020.04.pp.004-013
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»