По материалам XXXIV Уральской конференции
УДК 620.179.14
ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
КРИВОЙ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
1,***
© 2023 г. Р.А. Соколов1,*, К.Р. Муратов1,**,
В.Ф. Новиков
1Тюменский индустриальный университет, Россия 625000 Тюмень, ул. Володарского, 38
E-mail: *falcon.rs@mail.ru; **muratovkr@tyuiu.ru; ***vitaly.nowikov2017@yandex.ru
Поступила в редакцию 09.05.2023; после доработки 19.05.2023
Принята к публикации 26.05.2023
Рассматриваются результаты практического применения гармонических составляющих, полученных при анализе
петли магнитного гистерезиса для определения твердости стали. Определение магнитных характеристик стали, включая
петлю магнитного гистерезиса, проводилось при помощи магнитного структуроскопа DIUS-1.15М. При помощи метода
учета группового аргумента по величине нечетных гармонических составляющих обнаружен комплексный параметр.
Установлены весовые коэффициенты влияния гармонических составляющих на величину комплексного параметра.
На примере рассмотрения зависимостей коэрцитивной силы, остаточной индукции и комплексного параметра, полу-
ченного методом учета группового аргумента, от твердости материала по Бринеллю показано, что для определения
твердости с наименьшей погрешностью возможно использовать комплексный параметр.
Ключевые слова: петля магнитного гистерезиса, гармонический спектр, твердость, метод группового учета аргумен-
тов, диагностическое пространство признаков.
DOI: 10.31857/S0130308223060064, EDN: AASNQV
Магнитные характеристики материала достаточно долгое время используются в практических
условиях для определения структуры материала, его текущего состояния и его физических свойств
[1]. Применение магнитных параметров для определения механических свойств стали и проведения
структурного анализа является достаточно изученным направлением, в котором, однако, остаются
некоторые особенности, связанные с относительностью применимостью полученных закономерно-
стей к узкому кругу материалов. Такие особенности метода связаны с тем, что используемые магнит-
ные характеристики являются величинами, зависимыми от множества внутренних факторов рассма-
триваемой системы: структурно-фазового состава, химического состава и т.д.
Для расширения применимости магнитных методов и нахождения эффективных критериев
оценки применяют многопараметровый подход, основанный на использовании основных магнит-
ных характеристик вещества, полученных по петле магнитного гистерезиса. Но в таком случае из
всего многообразия информации, присущей петле магнитного гистерезиса, используется лишь
небольшая часть. Исходя из этого, в предлагаемой работе проведен поиск универсального крите-
рия или параметра, основанного на петле магнитного гистерезиса как носителя многомерной
информации о состоянии вещества.
В работе рассматриваются результаты лабораторных исследований конструкционных сталей.
Материал образцов находится в состоянии поставки, основные данные об исследуемых образцах
приведены в табл. 1.
Таблица
1
Некоторые характеристики исследуемых образцов сталей
№
Марка стали
HB, кг/мм2
Нс, А/см
Вr, Тл
Размеры, мм
1
Ст20
141
1,2
0,3
60×60×22
2
Ст45
246
7,5
1,3
70×70×20
3
40Х
219
7,1
1,1
65×65×21
4
20Х2Н4А
216
5,2
0,8
200×85×15
5
Ст3сп
142
5,5
1,0
150×85×8
Измерение твердости проводилось поверенным твердомером Бринелля METOVIEW.
Регистрацию петель магнитного гистерезиса выполняли структуроскопом DIUS-1.15М, который
68
Р.А. Соколов, К.Р. Муратов, В.Ф. Новиков
реализует способ измерения петли магнитного гистерезиса в замкнутой магнитной цепи [2].
Извлечение гармонических составляющих из петли магнитного гистерезиса проводилось согласно
алгоритму, описанному в работе [3].
Для анализа использованы составляющие фурье-спектра петель магнитного гистерезиса, пред-
ставленные в псевдовременной форме [4]. При помощи метода учета группового аргумента [5, 6]
определен параметр, включающий в себя комплекс гармонических составляющих, который имеет
удовлетворительную корреляцию с твердостью материала (рис. 1). Комплексный параметр пред-
ставляет из себя величину, описываемую полиномиальной функцией:
P = k1 ∙ A1 + k2 ∙ A2 + k3 ∙ A5,
(1)
где Аi — величина амплитудной составляющей; ki — коэффициент влияния соответствующей
амплитудной составляющей.
На рис. 1 зависимости основных структурочувствительных параметров (Нс, Br), комплексного
параметра Р и твердости, полученной по методу Бринелля для исследуемых марок стали.
P
300
8
Hc, A/см
Br, Тл
7
250
6
200
5
P
150
4
Hc, A/см
Br, Тл
3
100
2
50
1
0
0
120
140
160
180
200
220
240
260
Рис. 1. Связь коэрцитивной силы, остаточной индукции и комплексного параметра с твердостью для различных марок
стали.
Из рис. 1 видно, что при описании приведенных зависимостей линейной функцией наи-
больший коэффициент детерминации R2 = 0,96 наблюдается у зависимости Р(НВ). Для зависи-
мости Нс(НВ) — R2 = 0,57, Br(НВ) — R2 = 0,42. Разброс определяемых значений при этом для
Нс = ±33,96 %, Br = ±35,64 %, Р = ±5,77 %.
ВЫВОДЫ
Согласно полученным данным установлено, что для твердости и комплексного параметра,
полученного при помощи метода учета группового аргумента на основе гармонических составля-
ющих, наблюдается удовлетворительная корреляция с твердостью для исследуемых марок сталей,
находящихся в состоянии поставки. Обнаруженная зависимость, описывающая изменение Р от
НВ, имеет коэффициент детерминации R2 = 0,96, что почти в два раза выше, чем у зависимости Нс
от НВ и Br от НВ. Кроме того, разброс получаемых данных по обнаруженным зависимостям позво-
ляет говорить о том, что наименьшая погрешность в определении зависимой величины наблюда-
ется у зависимости Р от НВ и составляет ±5,77 %, что почти в 7 раз меньше, чем у зависимости Нс
от НВ и Br от НВ. Полученные данные показывают, что использование комплексного параметра на
основе гармонических составляющих, полученного методом группового учета аргументов, дает
возможность оценить величину твердости материала.
Дефектоскопия
№ 6
2023
Применение параметров спектральных характеристик кривой перемагничивания...
69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ничипурук А.П., Сташков А.Н., Костин В.Н., Муриков С.А., Муриков Е.С. Коэрцитиметрический
контроль качества стальных деталей. Уральская школа коэрцитиметрии // В мире неразрушающего
контроля. 2015. Т. 18. № 4. С. 9—13.
2. Костин В.Н., Василенко О.Н., Бызов А.В. Мобильная аппаратно-программная система магнитной
структуроскопии DIUS-1.15M // Дефектоскопия. 2018. № 9. С. 47—53.
3. Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Муратов К.Р. Патент № 2777695 C1 Российская Федерация, МПК
G01N 17/00. Способ оценки стойкости сталей и сплавов к коррозии. № 2021132922. Заявл. 12.11.2021.
Опубл. 08.08.2022.
4. Sokolov R., Novikov V., Muratov K. Application of magnetic hysteresis loop for analysis of corrosion
properties of steel // AIP Conference Proceedings. 2020. V. 2313. P. 060017.
5. Баласанян С.Ш., Геворгян Э.М. Сравнительный анализ методов регрессии и метода группового
учета аргументов при моделировании процессов переработки полезных ископаемых // Известия
Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. № 4. С. 23—34.
6. Аузин А.А., Муравина О.М. Статистический анализ данных каротажа методом группового учета
аргументов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2010. № 2.
С. 219—224.
Дефектоскопия
№ 6
2023
