IMPULZNÍ MAGNETICKÁ STRUKTUROSKOPIE PLOCHÝCH VÝROBKŮ Z OCELI Břetislav Skrbek Ivan Tomáš TU v Liberci, katedra materiálu, Hálkova 6 Liberec 17, bretislav.skrbek@vslib.cz FzU AVČR, Na Slovance 2, Praha8, ivan.tomas@fzu.cz Abstract Princip teorie lokálního měření zbytkového magnetizmu Hm, balistický způsob magnetizace. Vysoká produktivita kontroly s cílenou vysokou citlivostí ke kontrolovanému strukturnímu parametru. Kontrola stavu rekrystalizace zastudena tvářených výrobků anizotropie. Měření mechanických vlastností ppo žíhání. Odlišný způsob měření pro zušlechtění. Eliminace vlivu oddálení měření přes vrstvy až 3mm tlusté. Přístroje ve výrobních linkách plochých výrobků. Abstract LOCAL MAGNETIC STRUCTUROSCOPY PRINCIPE, INDUSTRIAL STEELS APPLICATION. Principe theory of local measurement of intensity of remanend magnetism Hm, balistic method of magnetisation. High productivity of checking with directed high-sensitivity to tested sctructural parameter. Monitoring of state of recrystallization of cold worked products anisotropy. Measuramant of mechanical properties after annealing. Different measurement method after thermal rafining. Elimination of influence of distance measurement over layers with thickness upto 3mm. Equipments at manufacturing lines of flat products. Princip Slitiny železa (ocelia litiny) tvoří spektrum nejrozšířenějších konstrukčních materiálů. Feromagnetické vlastnosti lze přiřadit jejich drtivé většině. Znalost hodnot mechanických vlastností v kriticky namáhaném místě u exponovaných dílů převládá nad potřebou integrální informace o vybrané mechanické vlastnosti. Z těchto důvodů má lokální magnetická strukturoskopie významné postavení v spektru ostatních metod. Aplikační rozšíření nalezla ve formě impulzní magnetické kontroly hlavně v Rusku a Čechách. V západní Evropě se pro tuto oblast materiálů využívá výhradně metod ET. Střídavé vířivé proudy však popisují více povrchové partie součástí. Pro výrobky ve formě tvářených polotvarů a odlitků s neupravenými povrchy se lépe hodí lokální magnetická strukturoskopie [3]. V oceli se stejně magneticky orientované atomy soustřeďují v doménách, které tvoří jakési subzrna v zrnech struktury. Polarizací vnějším magnetickým polem dochází k růstu domén posunem tzv Blochových zón a polarizací shodnou s vnějším magnetickým polem, nebo dochází ke skokové změně polarizace tzv. Barkhausenovými přeskoky (zdroj Barkhausenova šumu). Po zániku vnějšího magnetického pole Ho se nevrátí všechny domény do původního stavu. Vzniká remanentní polarizace Ir. Zmagnetované místo má vlastní magnetické pole o intenzitěhr. Vratným změnám brání atomy feromagnetika vázané v molekulách a atomární napětí, mřížkové 1
poruchy. Proto složky struktury, které obsahují karbid železitý, martenzit, četné dislokace a hranice zrn vykazují vysokou hodnotu remanentní polarizace Ir [4] Hr = Ho N Ir/µ A/m (1) Demagnetizační činitel N charakterizuje vnější i strukturní geometrické poměry rozhraní feromagnetika (obr.1). Na zkoušené místo výrobku působí impulzní magnetické pole o intenzitě Ho. Tvar proudového impulzu vedený do příložné silové cívky, případně přesně definovaný jejich sled definuje tok parazitních vířivých proudů (mohou se vhodně využít k potlačení negativních vlivů N) a strukturně selektivní citlivost metody. Metody používané v Rusku a České republice se právě zásadně odlišují v charakteristikách magnetizace a tím i v cíli aplikací. Snímačem Hr může být Hallova nebo Főrsterova sonda. Příspěvek dhri jednotlivých zrn feromagnetika na výsledné hodnotě Hr závisí na stínícím účinku m a jejich vzdálenosti t i od snímače Hr = Σm t i dhri (2) S hloubkou průniku magnetizačního pole klesá vliv jednotlivých zrn na Hr. V praxi do t=12mm. V tenčích stěnách se tak energie pulzu soustředí do menšího objemu zrn. Hodota Hr do hodnoty L kri roste podle experimentálně stanoveného modelu Hr L = Hr L=12 (81 L -3 +1) (3) Úvod Zkoušky mechanických vlastností výrobků vyžadují obvykle jejich porušení. Kontrolu lze provádět výběrovým způsobem, nikoliv na 100%. Nedestruktivní strukturoskopie umožňuje provádět 100% kontrolu produkce výrobků a to i v jeho kriticky namáhaných lokalitách. Odborná veřejnost zná většinou jen metody vířivých proudů s řadou přístrojů využívaných ve strojírenské praxi zejména v automobilovém průmyslu [1]. Vyhodnocují systémem shlukové analýzy. Konkrétní hodnota mechanické veličiny zůstává neznámá. Systém regresní analýzy hodnotu vypočte (např. přístroje MELVIS) [2], ale není u zahraničních přístrojů, ktré tvoří většinu aplikací v ČR, rozšířen.vlastnosti a aplikace metod magnetické strukturoskopie nejsou v ČR obecně pro ocelové výrobky rozšířeny. Zůstávají doménou zemí bývalého SSSR [3]. Magnetická strukturoskopie Magnetické metody umožňují vysokou produktivitu s vysokou citlivostí ke kontrolovanému parametru. Magnetický impulzní způsob kontroly mechanických vlastností plochých výrobků se ve výrobě hutních závodů Ruska, Ukrajiny a Běloruska také uplatňuje u firmy EKO ocel (Německo) a VSŽ Košice. Zařízení (ozn. IMPOK, IMA) vyvinul Institut fyziky Národní akademie věd Běloruska. Na zkoušené místo výrobku působí imnpulzní magnetické pole o intenzitě Hm. Podle velikosti gradientu Hrn intenzity pole zbytkového magnetizmu a dříve stanoveného vztahu mezi Hrn a mechanickou vlastností se plní potřeby výrobní kontroly stanoví se konkrétní hodnoty. Přednosti impulzního magnetování před střídavým (vířivé proudy) a stejnosměrným: Získání velmi vysokých hodnot Hm bez tepelných efektů v sondě. Bezkontaktní působení bez vlivu velikosti oddálení snímače od povrchu výrobku, napětí a chem. složení na výsledky měření. Balistický způsob magnetizace vytvoří pole Hm 3 10 3 až 12 10 5 A/m. 2
3
4
5