Применение магнитошумового метода для контроля механической анизотропии ферромагнитных материалов

Наличие анизотропии свойств ферромагнитных материалов предопределяет необходимость ее исследования и контроля, поскольку она оказывает существенное влияние на основные физико-механические характеристики деталей, изделий и конструкций. Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании возможности применения магнитошумового метода для неразрушающего контроля механических свойств ферромагнитных материалов на примере коэффициента нормальной анизотропии Rn листового проката, механических напряжений при упругой деформации электротехнической стали и анизотропии физико-механических свойств ферромагнитных материалов.

Так как механическая анизотропия связана с магнитной анизотропией, при ее исследовании использовался магнитный метод на основе эффекта Баркгаузена (МЭБ), информативные параметры которого относятся к магнитоанизотропным. Сравнение результатов оценки анизотропии с помощью МЭБ на партии образцов штампуемой тонколистовой стали с измеренными производителем значениями Rn показало их близкое совпадение. Результаты исследований показали возможность оценки степени Rn с помощью МЭБ при применении его на производстве. Для изучения магнитной анизотропии в различных материалах и влияния на нее упругих напряжений растяжения и сжатия при изгибе с помощью МЭБ были изготовлены устройство для кругового вращения преобразователя Баркгаузена на поверхности исследуемого образца и устройство для формирования в образце упругих напряжений при изгибе.

Установлено, что упругая деформация в образцах электротехнической стали приводит к резкому изменению уровня магнитного шума и формы круговых диаграмм с учетом знака формируемых в образце напряжений. Установлено, что в результате холодной прокатки в процессе производства образцы электротехнической стали имеют ярко выраженную текстуру, обусловленную направлением проката листа. Создаваемые упругие напряжения в рассматриваемом диапазоне практически не меняют текстурированность – наведенную кристаллографическую анизотропию после прокатки материала.

Полученные с помощью магнитошумового метода результаты могут быть полезны при изучении, мониторинге и контроле анизотропии, кристаллографической текстуры, структурной неоднородности ферромагнитных материалов в виде листового проката, тонколистовой и рулонной стали, листовой штамповки и решении других задач с использованием магнитошумового метода в лабораторных и цеховых условиях.

1. Radchenko, A.V. Numerical modeling of development of fracture in anisotropic composite vaterials at low-velocity loading / A.V. Radchenko, P.A. Radchenko // Journal of Materials Science. – 2010. – Vol. 46, no. 8. – Р. 2720–2725. DOI: 10.1007/s10853-010-5142-8

2. Gorkunov, E.S. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of Ferromagnetic Materials, Reviev Article I. / E.S. Gorkunov, Y.N. Dragoschanski // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 1999. – No. 6. – P. 3–23.

3. Тиунов, В.Ф. Контроль неоднородности магнитной проницаемости листовой анизотропной электротехнической стали // Дефектоскопия. – 2019. – № 3. – С. 46–49.

4. Korzunin, G.S. The effect of the Anisotropy of Magnetic Properties of electrical steel on losses in power transformer cores / G.S. Korzunin [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2010. – Vol. 46, no. 9. – P. 632–637. DOI: 10.1134/S1061830910090020

5. Borsutzki, M. Magnetische und akustische Verfahren zur Materialcharakterisierung von Stahlblechen / M. Borsutzki, J. Kroos, W. Reimche, E. Schneider // Stahl und Eisen, 120 (2000), H. 12. – P. 115–121.

6. Korzunin, G.S. Effect of Mechanical Stresses on the Magnetic Properties of Anisotropic electrical steel / G.S. Korzunin, R.B. Puzhevich, M.B. Tsyrlin // The Physics of Metals and Metallography. – 2007. – Vol. 103, no. 2. – P. 142–151. DOI: 10.1134/S0031918X07020044

7. Nichipuruk, A.P. Induced magnetic anisotropy in low-carbon steel plates subjected to plastic deformation by stretching / A.P. Nichipuruk, A.N. Stashkov, M.S. Ogneva, A.V. Korolev, A.A. Osipov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51, no. 10. – P. 610–615. DOI: 10.1134/S1061830915100095

8. Матюк, В.Ф. Состояние неразрушающего контроля штумпуемости листового проката сталей // Неразушающий контроль и диагностика. – 2012. – № 3. – С. 3–24.

9. Счастный, А.С. Исследование возможности контроля анизотропии листового проката / А.С. Счастный, А.А. Осипов // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2014. – № 3. – С. 20–33.

10. Matyuk, V.F. Modem state of Nondestructive testing of Mechanical properties and stamping ability of steel sheets in a manufacturing technological flow / V.F. Matyuk., S.A. Goncharenko, H. Hartmann, H. Reichelt // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2003. – Vol. 39, no. 5. – P. 347–380. DOI: 10.1023/B:RUNT.0000011264.99280.de

11. Bida, G.V. Multiparameter methods in magnetic structuroscopy and nondestructive testing of mechanical properties of steels / G.V. Bida, A.P. Nichipuruk // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2007. – Vol. 43, no. 8. – P. 493–509. DOI: 10.1134/S1061830907080013

12. Gorkunov, E.S. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of ferromagnetic Materials, Reviev Article V. / E.S. Gorkunov, Y.N. Dragoschanski, M. Mikhovski // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2000. – V. 36, no. 6. – P 389– 417. DOI: 10.1007/BF02759376

13. Ivanova, Y. Comparative measurements of the stress state in a rolled carbon steel using magnetic barkhausen noise and ultrasonic method / Y. Ivanova, T. Partalin // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. – Vol. 48, no. 2. – P. 137–146. DOI: 10.1134/S1061830912020040

14. Венгринович, В.Л. Новые возможности НК напряжений методом эффекта Баркгаузена / В.Л. Венгринович [и др.] // В мире неразрушающего контроля. – 2005. – № 1 (27). – С. 36–39.

15. Iordache, V.E. Effect of mechanical strains on the magnetic properties of electrical steels / V.E. Iordache., E. Hug // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. – December 2004. – Vol. 6, no. 4. – P. 1297–1303.

16. Филинов, В.В. Применение метода магнитных шумов для контроля технологических напряжений / В.В. Филинов [и др.] // Контроль. Диагностика. – 2005. – № 3. – С. 17–22.

17. Бусько, В.Н. Лабораторная система для исследования усталостной деградации ферромагнитных материалов и примеры ее реализации / В.Н. Бусько, Д.А. Винтов // Приборы и методы измерений. – 2012 – № 2 (5). – P. 33–39.