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. - R. 2720-2725. https://doi.org/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. Tiunov, V.F. Kontrol' neodnorodnosti magnitnoi pronitsaemosti listovoi anizotropnoi elektrotekhnicheskoi stali // Defektoskopiya. - 2019. - № 3. - S. 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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/10.1134/S1061830915100095

8. Matyuk, V.F. Sostoyanie nerazrushayushchego kontrolya shtumpuemosti listovogo prokata stalei // Nerazushayushchii kontrol' i diagnostika. - 2012. - № 3. - S. 3-24.

9. Schastnyi, A.S. Issledovanie vozmozhnosti kontrolya anizotropii listovogo prokata / A.S. Schastnyi, A.A. Osipov // Nerazrushayushchii kontrol' i diagnostika. - 2014. - № 3. - S. 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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/10.1134/S1061830912020040

14. Vengrinovich, V.L. Novye vozmozhnosti NK napryazhenii metodom effekta Barkgauzena / V.L. Vengrinovich [i dr.] // V mire nerazrushayushchego kontrolya. - 2005. - № 1 (27). - S. 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. Filinov, V.V. Primenenie metoda magnitnykh shumov dlya kontrolya tekhnologicheskikh napryazhenii / V.V. Filinov [i dr.] // Kontrol'. Diagnostika. - 2005. - № 3. - S. 17-22.

17. Bus'ko, V.N. Laboratornaya sistema dlya issledovaniya ustalostnoi degradatsii ferromagnitnykh materialov i primery ee realizatsii / V.N. Bus'ko, D.A. Vintov // Pribory i metody izmerenii. - 2012 - № 2 (5). - P. 33-39.