CS214079B1

CS214079B1 - Apparatus for local determination of structure mechanical properties of ferromagnetic parts

Info

Publication number: CS214079B1
Application number: CS456980A
Authority: CS
Inventors: Jiri Rez; Jan Weis; Milos Mikulcak
Original assignee: Jiri Rez; Jan Weis; Milos Mikulcak
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1982-04-09

Description

Vynález se týká zařízení pro lokální zjišiování strukturně mechanických vlastností feromagnetických součástí metodou bodového pólu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for locally determining the structural mechanical properties of ferromagnetic components by the point pole method.

Strukturální stav feromagnetických materiálů má rozhodující vliv na výsledné mechanické vlastnosti výrobku například na jejich pevnost, tvrdost, obrobitelnost apod. Určení strukturních a mechanických vlastností je tedy důležitým požadavkem výrobního procesu. Te platí v plné míře při výrobě odlitků, nebol vlastnosti litých materiálů jsou závislé na chemickém složení, na rychlosti ochlazování tekutého kovu, na výskytu tepelných uzlů, na formovacím materiálu a na dalších faktorech, které mají vliv na krystalizaci litin. Určit mechanické vlastnosti na odlitku klasickými metodami, tj. měřením tvrdosti vpichem, není jednoduché. Překážkou je velmi často velká hmotnost a rozměry odlitků, prašnost prostředí, časová náročnost pro vyhodnocování výsledků měření apod. Do popředí se tedy dostávají nové nedestruktivní metody, mezi něž patří metoda bodového pólu. Metoda bodového pólu patří mezi struktureskopické nedestruktivní metody, využívající vzájemné souvislosti mezi magnetickými vlastnostmi materiálu součásti a jeho strukturně mechanickým stavem. Tato metoda se vyznačuje možností lokální kontroly na povrchu výrobku, což je výhodné zejména u odlitků, jejichž stěny s různými tloušlkami mohou mít odlišné mechanické vlastnosti vlivem rozdílů v ochlazování tekutého kovu.The structural state of ferromagnetic materials has a decisive influence on the resulting mechanical properties of the product, for example their strength, hardness, machinability, etc. Determination of the structural and mechanical properties is therefore an important requirement of the production process. This is fully valid in the production of castings, since the properties of the cast materials depend on the chemical composition, the rate of cooling of the liquid metal, the occurrence of thermal knots, the molding material and other factors affecting the crystallization of cast iron. It is not easy to determine the mechanical properties on the casting by classical methods, ie by measuring the puncture hardness. The obstacles are very often the large weight and dimensions of castings, dustiness of the environment, time required for evaluation of measurement results, etc. New non-destructive methods, such as the point pole method, come to the fore. The point pole method is a non-destructive structure-based method that makes use of the correlation between the magnetic properties of a component's material and its structural-mechanical state. This method is characterized by the possibility of local inspection on the surface of the product, which is particularly advantageous for castings whose walls of different thicknesses may have different mechanical properties due to differences in the cooling of the liquid metal.

-Princip metody, jak je popsán v literatuře, je následující. Povrch zkoušeného materiálu se nejprve zmagnetuje, buá přiložením permanentního magnetu, nebo magnetizačnlThe principle of the method as described in the literature is as follows. The surface of the test material is first magnetized, either by applying a permanent magnet or by magnetization

214 079214 079

214 079 cívkou, přes kterou proteče proudový impuls, a potom se změří buň radiální, nebo tangenciální složka zbytkového magnetického pole v blízkosti povrchu kontrolované lokality. Zbytkové pole, které závisí na remanentní indukci materiálu B_r, která je při velkém demagnetizačním činiteli rozměrného povrchu odlitku v přímé souvislosti s koercitivní silou materiálu H_c, je mírou strukturně mechanického stavu kontrolovaného místa. Popsaný princip byl dosud aplikován pouze realizací jednoduchých snímačů s permanentním magnetem, event. s magnetizační cívkou buzenou proudovým pulsem, získaným vybitím kondenzátoru do vinutí cívky. Zbytkové magnetické pole se pak měří v absolutní velikosti samostatným měřičem intenzity magnetického pole. Stávající provedení se vyznačují následujícími nevýhodami. Přítomnost permanentního magnetu ve snímači vyvolává rušivé magnetické pole, které působí na sondu snímače. Magnetováni pomoci magnetizační cívky, do které se vybíjí kondenzátor, přináší potíže v nestabilité amplitudy proudového pulzu, závislé na oteplování vinutí magnetizační cívky.214 079 through a coil through which a current pulse flows and then the cell is measured by the radial or tangential component of the residual magnetic field near the surface of the site to be inspected. The residual field, which depends on the remanent induction of the material B _r , which is directly related to the coercive force of the material H _c at a large degaussing factor of the large casting surface, is a measure of the structural-mechanical state of the controlled site. The described principle has so far been applied only by realization of simple sensors with permanent magnet, event. with a current pulse-driven magnetization coil obtained by discharging the capacitor into the coil winding. The residual magnetic field is then measured in absolute magnitude by a separate magnetic field strength meter. The present embodiments have the following disadvantages. The presence of a permanent magnet in the sensor produces a disturbing magnetic field that acts on the sensor probe. Magnetizing by means of a magnetizing coil into which the capacitor discharges presents difficulties in the instability of the current pulse amplitude, depending on the warming of the magnetizing coil winding.

S ohledem na existenci magnetického zpoždění u feromagnetik nemá rovněž magnetizační puls optimální průběh a jeho tvar nelze měnit. Pro odmagnetování kontrolovaného místa při opakovaném měřeni je nutné použit přídavný demagnetizáter. Měřením absolutní velikosti zbytkového pole se nedosahuje dobré citlivosti.Due to the existence of a magnetic delay in ferromagnets, the magnetization pulse is also not optimal and its shape cannot be changed. An additional demagnetizer is required to demagnetize the site to be checked during repeated measurements. By measuring the absolute magnitude of the residual field, good sensitivity is not obtained.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro lokální zjišlování strukturně mechanických vlastností feromagnetických součástí podle předmětného vynálezu metodou bodového |)ólu. Podstata vynálezu spočívá v tem, že zařízení sestává z proudového zdroje pro impulzní magnetizaci a demagnetizaci, který je řízen napětím. Na proudový zdroj je připojen přlložný snímač s magnetizační cívkou a diferenciální feromagnetickou sondou, na kterou je připojena vyhodnocovací část.The above disadvantages are overcome by a point-spot method for locally detecting the structural-mechanical properties of ferromagnetic components according to the present invention. SUMMARY OF THE INVENTION The device consists of a voltage-controlled current source for pulse magnetization and demagnetization. An additional sensor with a magnetization coil and a differential ferromagnetic probe is connected to the power supply, to which the evaluation part is connected.

Zařízení podle vynálezu se vyznačuje při magnetování povrchu feromagnetické součásti nezávislosti velikosti proudových pulzů na změnách impedance magnetizační cívky příložného snímače vlivem oteplení. Odpadá přídavný demagnetizátoř, nebol magnetizační cívka příložného snímače plní funkci magnetizační i demagnetizační podle zvoleného režimu proudového zdroje. Další výhodou zařízení je možnost přesného nastavení a volby velikostí amplitudy proudových pulsů. Při měření zbytkového magnetického pole umožňuje vyhodnocovací část kromě odečítáni absolutní úrovně zbytkového magnetického pole též měření srovnávací, při němž se odečítá diference mezi zbytkovým polem vybraného etalonevéhe místa a zbytkovým polem kontrolovaného místa na feromagnetické součásti. Tím se dosáhne velké citlivosti a dobré rozlišitelnosti při posuzování rozdílů ve strukturně mechanických vlastnostech.The device according to the invention is distinguished in the magnetization of the surface of the ferromagnetic component by the independence of the current pulses on the variation of the impedance of the magnetization coil of the contact sensor due to the warming. There is no additional demagnetizer, as the magnetization coil of the contact sensor performs both magnetization and demagnetization functions according to the selected power source mode. Another advantage of the device is the possibility of precise adjustment and selection of amplitude values of current pulses. When measuring the residual magnetic field, the evaluation part allows, in addition to subtracting the absolute level of the residual magnetic field, a comparative measurement, in which the difference between the residual field of the selected standard site and the residual field of the controlled site on the ferromagnetic component is subtracted. This results in a high sensitivity and good distinguishability when assessing differences in structural-mechanical properties.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je schematicky zobrazeno na obr. 1, znázorňujícím blokové schéma zařízení pro lokální zjišlování strukturně mechanických vlastností feromagnetických součástí metodou bodového pólu. Výsledky z naměřených zkoušek jsou vyznačeny na obr. 2 až 4, kde na obr. 2 je vyznačena souvislost naměřených hodnot s tvrdostí HB při měření na odlitcích ze šedé litiny. Na ebr. 3 je vyznačena souvislost naměřených hodnot s pevností v tahu <T_gT při měření na odlitcích ze šedé litiny a na ebr. 4 je zobrazena souvislost naměřených hodnot s obrobitelností, měřenou podle návrhu ISO, na odlitcích ze šedé litiny.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown schematically in Fig. 1, showing a block diagram of a device for locally detecting the structural-mechanical properties of ferromagnetic components by the point pole method. The results of the measured tests are shown in Figures 2 to 4, where Figure 2 shows the relationship of the measured values to the hardness HB when measured on gray iron castings. Na ebr. 3 shows the relationship between the measured values and the tensile strength <T _gT when measured on gray iron castings and ebr. 4 shows the correlation of measured values with machinability, measured according to ISO design, on gray iron castings.

214 079214 079

Zařízení (obr. 1) sestává ze zdroje i pro impulsní magnetování a demagnetizaci, pří*·, ložného snímače 2 s magnetickou cívkou 4 a diferenciální feromagnetickou sondou 5 a vyhodnocovací části 3. Magnetizační cívka 4 příložného snímače 2. je připojena ke zdroji\1 pro impulsní magnetování a demagnetizaci, řešeného jako proudový zdroj řízený napětím, vytvářejícím v magnetizační cívce 4 proudové pulzy» nezávislé na změnách impedance magnetizačni cívky 4, přičemž se při magnetování povrchu kontrolované feromagnetické součásti 6 generují proudové pulzy jedné polarity a při odmagnetování se generují pulzy obou polarit s plynule klesající amplitudou z maxima až k nule. Diferenciální feromagnetická sonda 5 příložného snímače 2 je připojena k vyhodnocovací části 3, která je řešena tak, že se dá měřit jak základní, úroveň zbytkového magnetického pole na povrchu feromagnetické součásti 6, tak i jeho diferepco vůči zvolené, předem nastavitelné úrovni.The device (Fig. 1) consists of a source 1 for impulse magnetization and demagnetization, a load cell 2 with a magnetic coil 4 and a differential ferromagnetic probe 5 and an evaluation part 3. The magnetization coil 4 of the surface sensor 2 is connected to the source. for pulse magnetization and demagnetization, designed as a voltage-controlled current source, generating current pulses in the magnetization coil 4 independent of changes in the magnetization coil 4 impedance, while magnetizing the surface of the controlled ferromagnetic component 6 generates current pulses of one polarity and polarities with continuously decreasing amplitude from maximum to zero. The differential ferromagnetic probe 5 of the contact sensor 2 is connected to the evaluation part 3, which is designed in such a way that it is possible to measure both the basic level of the residual magnetic field on the surface of the ferromagnetic part 6 and its differenceepco relative to the selected, preset level.

Magnetováni povrchu feromagnetické součásti JL se provádí proudovými pulzy jedné polarity, například kladné, dodávanými do magnetizační cívky 4 příložného snímače 2 ze zdroje 1 pro impulzní magnetizaci a demagnetizaci. Tento zdroj _1 je řešen jako proudový zdroj řízený napětím, takže proudové pulzy na jeho výstupu nejsou závislé na charakteru a změnách parametrů zátěže. Tvar pulzů lze zvolit libovolně a závisí pouze na průběhu řídícího napětí na vstupu proudového zdroje. Zdroj 1_ pro impulsní magnetování a demagnetizace v druhém pracovním režimu generuje střídavý proud s klesající amplitudou z maxima až k nule. Při jeho zavedení do magnetizační cívky 4 příložného snímače 2 se zmagnetovaný povrch součásti odmagnetovává.The magnetization of the surface of the ferromagnetic component 11 is performed by current pulses of one polarity, for example positive, supplied to the magnetization coil 4 of the downstream sensor 2 from the source 1 for pulse magnetization and demagnetization. This source 1 is designed as a voltage-controlled current source, so that the current pulses at its output are not dependent on the nature and changes in the load parameters. The shape of the pulses can be freely selected and depends only on the control voltage on the input of the power supply. The pulse magnetizing and demagnetizing source 7 in the second operating mode generates alternating current with decreasing amplitude from maximum to zero. When introduced into the magnetizing coil 4 of the contact sensor 2, the magnetized surface of the component is demagnetized.

Zbytkové magnetické pole, které je nositelem informace o strukturně mechanickém stavu v měřené lokalitě součásti, se u zařízeni podle vynálezu měří diferenciální feromagnetickou sondou 5 necitlivou na rušivá magnetická pole, která spolu s magnetizační cívkou 4 tvoří jeden kompaktní celek příložného snímače 2. Vyhodnocovací část 3, zpracovávající signál z diferenciální feromagnetické sondy 5, umožňuje kromě odečítání absolutní úrovně zbytkového magnetického pole též měření srovnávací, při němž odečítáme diferenci mezi zbytkovým polem vybraného etalonového místa a zbytkovým polem kontrolovaného místa na feromagnetické součásti. Tím se dosáhne velké citlivosti a dobré rozlišitelnosti při posuzování rozdílů ve strukturně mechanických vlastnostech.The residual magnetic field carrying structural-mechanical information at the measured location of the component is measured in the device according to the invention by a differential ferromagnetic probe 5 insensitive to disturbing magnetic fields, which together with the magnetization coil 4 form one compact unit of the contact sensor 2. Evaluation part 3 , processing the signal from the differential ferromagnetic probe 5, in addition to subtracting the absolute level of the residual magnetic field, it also allows comparative measurements in which the difference between the residual field of the selected standard location and the residual field of the controlled site on the ferromagnetic component is subtracted. This results in a high sensitivity and good distinguishability when assessing differences in structural mechanical properties.

Zařízení podle vynálezu pro kontrolu strukturně mechanických vlastnosti feromagnetických součástí metodou bodového pólu, označené názvem REMAG - 1, bylo ověřeno k rychlému nedestruktivnímu posouzení strukturně mechanických vlastností odlitků ze šedé litiny. Na obr. 2 až 4 jsou graficky znázorněny vzájemné závislosti pevnosti v tahu, tvrdosti podle Brinella a obrobitelnosti s naměřenými hodnotami přístrojem REMAG - 1. Pro množinu bodů naměřených hodnot v jednotlivých grafech je vypočítána i směrodatná odchylka a index korelace 1^ vůči idealizované lineární závislosti charakterizované v jednotlivých obrázcích proloženou plnou přímkou. Matematicko statistické hodnocení výsledků provedených měření s vypočtenými indexy korelace 1^ ukazují na těsnost prověřovaných závislostí.The device according to the invention for checking the structural-mechanical properties of ferromagnetic components by the point-pole method, designated REMAG-1, has been verified for a rapid non-destructive assessment of the structural-mechanical properties of cast iron castings. Figures 2 to 4 show graphically the mutual dependence of tensile strength, Brinell hardness and machinability with measured values by REMAG - 1. For the set of measured points in individual graphs, the standard deviation and correlation index 1 ^ against idealized linear dependence are calculated. characterized by a solid line in each figure. The mathematical and statistical evaluation of the results of the measurements carried out with the calculated correlation indices 1 ^ indicates the tightness of the dependencies examined.

Zařízení je určeno k použití tam, kde změny strukturálního, nebo mechanického stavu vyvolají jednoznačnou změnu magnetických parametrů, tj. remanentni indukce a koercitivní síly. Tak lze například u feromagnetických součástí kontrolovat kvalitu tepelného zpraco214 079 váni, záměny tříd materiálů a podobně.The device is intended for use where changes in the structural or mechanical state cause a clear change in the magnetic parameters, i.e., remanent induction and coercive forces. Thus, for example, ferromagnetic components can be used to check the quality of heat treatment, material class exchanges, and the like.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A device for localizing structural-mechanical properties of ferromagnetic components by the point-pole method, characterized in that it consists of a current source (1) for pulsed magnetization and voltage-controlled domagnetization, to which an additional sensor (2) with magnetization coil (4) and differential ferromagnetic probe (5) to which the evaluation part (3) is connected.