Влияние пластической деформации на зависимость
коэрцитивной силы от величины одноосных напряжений ........... 30 <...> Аномальное изменение магнитострикции сталей
на начальных этапах пластической деформации........................... 32 <...> 1) Дефектоскопия: обнаружение дефектов типа несплошностей (трещин, пустот, включений и др.) путем регистрации полей рассеяния (магнитных, акустических, электромагнитных). <...> Фазы при комнатной температуре могут быть как равновесные (феррит, цементит, специальные карбиды), так и неравновесные
(аустенит, мартенсит). <...> Основные фазовые и структурные составляющие стали и
чугуна: феррит, мартенсит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. <...> Намагниченность насыщения феррита несколько ниже,
чем у железа, что обусловлено присутствием растворенного углерода. <...> Мартенсит — основная структурная составляющая закаленной стали, представляет собой неравновесный пересыщенный твердый раствор
7
углерода в α-железе с той же концентрацией, что и у исходного аустенита, т.е. образующийся твердый раствор может содержать углерода на два
порядка больше нормальной растворимости в α-железе. <...> Температура
Кюри цементита 210°С, намагниченность насыщения Ms = 8000 А/см. <...> Коэрцитивная сила цементита может достигать 150–300 А/см, т.е. больше, чем мартенсита. <...> Когда атомы ферромагнетика объединяются в кристаллическую решетку, силы электрической природы выстраивают спиновые магнитные
моменты всех атомов параллельно в отдельных объемах-доменах, обеспечивая максимальную намагниченность Мs (намагниченность насыщения)
при отсутствии внешнего магнитного поля. <...> Однако минимум полной энергии ферромагнетика достигается тогда, когда домены с одним направлением намагниченности чередуются с доменами противоположной намагниченности, образуя 180- и 90-градусные междоменные (МДГ) границы. <...> Обменные силы
между этими областями будут, напротив, ориентировать намагниченности
соседних областей параллельно друг другу (взаимное намагничивающее <...>
fizicheskie-osnovy-metodov-neraz.-kontr..pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по нефтегазовому образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки магистров 131000
«Нефтегазовое дело»
Тюмень
ТюмГНГУ
2012
Стр.1
УДК [681.2+620]
БКК 30.82
Ф 50
Рецензенты:
доктор физико-математических наук, профессор В. А. Табарин
доктор технических наук, профессор И. М. Ковенский
Под редакцией доктора физико-математических наук,
профессора В. Ф. Новикова
Составители: В. Ф. Новиков, М. С. Бахарев (теоретическое введение,
лаб. раб. № 1, 2, 3); Д. Ф. Нерадовский, М. М. Аринштейн
(лаб. раб. № 4); О. К. Мацура (лаб. раб. № 5);
О. К. Мацура, А. А. Орел (лаб. раб. № 6)
Ф 50
Физические основы методов неразрушающего контроля качества
изделий : учебное пособие / под ред. В. Ф. Новикова. – 2-е
изд., доп. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. – 106 с.
ISBN 978-5-9961-0450-5
В учебном пособии рассматриваются основные свойства сталей и
их фазово-кристаллическая структура, управление которой осуществляется
термической обработкой. Обсуждается природа основных структурных
магнитных параметров ферромагнитных материалов. Объясняется
физика корреляционных соотношений между прочностными и магнитными
характеристиками. Приведены методические указания к выполнению
шести лабораторных работ.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлению подготовки магистров 131000 «Нефтегазовое
дело», а также студентов, специализирующихся по направлениям
200100.62 «Приборы и методы контроля и диагностики» и 150100.62
«Материаловедение и технологии материалов».
УДК[681.2+620]
БКК 30.82
ISBN 978-5-9961-0450-5
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2012
Стр.2
Оглавление
Введение ............................................................................................................. 5
1. Фазово-кристаллическая структура сталей ................................................. 6
1.1. Управление фазово-кристаллической структурой сталей
с помощью термической обработки ................................................ 10
1.2. Механические свойства .................................................................... 12
2. Магнитные свойства ферромагнетиков ..................................................... 14
2.1. Физические основы корреляции между магнитными и
механическими свойствами ............................................................. 21
2.2. Влияние напряжений на коэрцитивную силу ................................ 23
2.3. Механизмы изменения коэрцитивной силы при упругой
деформации ....................................................................................... 26
2.4. Влияние пластической деформации на зависимость
коэрцитивной силы от величины одноосных напряжений ........... 30
2.5. Аномальное изменение магнитострикции сталей
на начальных этапах пластической деформации ........................... 32
3. Способы измерения магнитных характеристик, применяемых
в неразрушающем контроле ............................................................................ 34
3.1. Способы измерения коэрцитивной силы ........................................ 34
3.2. Способы контроля механических свойств
по остаточной индукции ................................................................ 37
3.3. Способы контроля физико-механических свойств материала,
действие которых основано на измерении магнитной
проницаемости .................................................................................. 40
3.4. Метод высших гармоник .................................................................. 42
3.5. Метод магнитных шумов ................................................................ 44
Контрольные вопросы ............................................................................. 46
Лабораторные работы ...................................................................................... 48
Лабораторная работа №1. Неразрушающий контроль твердости
по коэрцитивной силе .............................................................................. 48
Лабораторная работа №2. Снятие зависимости коэрцитивной
силы от времени цементации и толщины цементованного слоя ........ 50
Лабораторная работа №3. Изучение влияния механических
напряжений на коэрцитивную силу ....................................................... 51
Лабораторная работа №4. Контроль механических
напряжений с помощью деформационного размагничивания
(магнитоупругой памяти) ........................................................................ 55
3
Стр.3
Лабораторная работа №5. Использование термо-ЭДС
для неразрушающего контроля изделий из металла ............................ 58
Лабораторная работа №6. Магнитопорошковый контроль ............... 63
Лабораторная работа №7. Изучение работы ультразвукового
дефектоскопа. Акустическая дефектоскопия ........................................ 78
Требования к квалификации экспертов по сертификационным
испытаниям продукции ................................................................................... 93
Методы неразрушающего контроля (перечень) ............................................ 95
4
Стр.4
Введение
Конструкционные материалы (стали, чугуны, ферромагнитные сплавы
и др.) имеют такие эксплуатационные характеристики, как твердость, предел
текучести, прочность, пластичность, коррозионная стойкость и многое
другое.
Прочностные свойства материалов определяют путем снятия диаграммы
«напряжение-деформация». При этом, как правило, образец разрушается,
и поэтому испытанию подвергается лишь небольшой процент материала
или изделий.
Исследования показали, что зачастую по результатам измерения магнитных,
электрических, акустических и других свойств материала (изделия),
при которых образец не разрушается, можно с определенной точностью
судить о структурном состоянии и механических свойствах каждого
изделия. Такой подход называют неразрушающим контролем. Он является
не прямым, а косвенным способом оценки механических свойств.
Широко используются следующие методы неразрушающего контроля
(МНК):
1) МК – магнитный контроль;
2) АК – акустический контроль;
3) КПВ – контроль проникающими веществами;
4) ВК – вихретоковый контроль;
5) РВК – радиоволновой контроль;
6) ТК – тепловой контроль;
7) ОК – оптический контроль;
8) ВИК – визуальный контроль;
9) РК – рентгеновский и радиационный контроль.
Основные задачи МНК:
1) Дефектоскопия: обнаружение дефектов типа несплошностей (трещин,
пустот, включений и др.) путем регистрации полей рассеяния (магнитных,
акустических, электромагнитных).
2) Структуроскопия основана на экспериментально определяемой связи
(корреляции) между физическими параметрами и механическими свойствами
(твердость, прочность, вязкость и т.п.), обусловленными химическим
составом и режимом термической обработки сталей.
3) Толщинометрия рассматривает методы определения толщины пластины
(листа), стенки сосуда, трубы, толщины слоя краски, антикоррозионного
покрытия.
4) Определение состояния материала: величины механических напряжений,
уровня усталости металла, ресурса выносливости.
5
Стр.5