Оценка остаточных напряжений в стальных изделиях магнитными методами

Неразрушающие физические методы контроля активно применяются для диагностики состояния стальных изделий. Особым аспектом в диагностике является определение параметров напряженно-деформированного состояния, в том числе и оценка уровня остаточных напряжений. Остаточные напряжения, формирующиеся в отдельных деталях машин при их изготовлении и меняющиеся при эксплуатации, в значительной мере определяют ресурс машины в целом. Происходит это вследствие суммирования действующих при эксплуатации и остаточных напряжений, из-за чего фактические эксплуатационные напряжения могут существенно отличаться от проектных величин. В современной промышленности определение остаточных напряжений осуществляется разрушающими и неразрушающими методами контроля. Применение разрушающих методов не позволяет осуществлять контроль остаточных напряжений в процессе эксплуатации изделий, а также производить сплошной контроль при изготовлении. В связи с этим создание и совершенствование неразрушающих методов определения остаточных напряжений в деталях машин и элементах конструкций, как в процессе изготовления, так и при эксплуатации, является важной задачей. В настоящее время в России и зарубежных странах стандартизованы ультразвуковые и дифракционные неразрушающие методы определения остаточных напряжений, каждый их которых имеют свои достоинства, недостатки и ограничения. В частности, рентгеновский метод позволяет анализировать состояние только тонкого поверхностного слоя изделия. Все более широкое распространение для оценки остаточных напряжений получают магнитные методы, которые дают информацию о состоянии всего объема материала.В обзоре планируется рассмотреть возможности магнитной диагностики остаточных напряжений. Обзор будет включать в себя результаты, полученные как авторами данного проекта, так и приведенные в публикациях других отечественных и зарубежных исследователей по данной теме. Планируется также рассмотреть имеющиеся модельные представления, описывающие зависимость магнитных параметров материала от остаточных напряжений в нем.Оригинальные результаты получены авторами при исследовании остаточных напряжений ряда конструкционных углеродистых и легированных сталей, подвергнутых различным видам обработок – термической обработке (закалка), интенсивному деформационному воздействию (равноканальное угловое прессование, гидроэкструзия) и термомеханической обработке (контролируемая прокатка). Уровень остаточных напряжений, сформированный в исследованных образцах температурно-силовым воздействием, варьировался последующим отжигом в широком температурном интервале. В качестве арбитражных методов для определения остаточных напряжений использовали рентгеновские методы. Для определения макронапряжений, характеризующих среднее значение остаточных напряжений в облучаемой области, использовали метод “sin2ψ”, для определения микронапряжений, которые соответствуют экстремальным значениям остаточных напряжений в контролируемом объекте - метод моментов Вильсона. Магнитные характеристики (коэрцитивная сила, остаточная индукция, максимальная магнитная проницаемость) определяли в статических полях, как в замкнутой магнитной цепи, так и с помощью приставных магнитных устройств. Кроме того, в обзоре будут приведены результаты структурных исследований и определения ряда других физико-механических свойств. Будут приведены результаты, обосновывающие необходимость контроля, помимо макронапряжений, определение которых регламентируется существующими стандартами, также и микронапряжений. Эта необходимость обусловлена тем, что размер областей релаксации микронапряжений соответствует размеру очагов зарождения трещин. Будут приведены результаты исследований, обосновывающие необходимость многопараметрового контроля остаточных напряжений для повышения достоверности контроля во всем возможном диапазоне их изменения. Приведенные в обзоре результаты служат научной основой для развития магнитных методов оценки остаточных напряжений в стальных изделиях.