КОМПЛЕКТ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ СОДЕРЖАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФАЗЫ

Область техники
Полезная модель относится к магнитной ферритометрии и предназначена для первичной и периодической поверки рабочих средств измерения содержания ферромагнитной фазы, а именно ферритометров локального типа.
Структура хромоникелевых сталей может быть как полностью аустенитной, так и содержать некоторое количество ферритной фазы и мартенсита. Присутствие этих фаз изменяет технологические и эксплуатационные свойства стали и изделий из нее. Особенность их влияния состоит в том, что сравнительно малые количества этих фаз могут вызвать существенные изменения свойств стали. К методам количественного контроля фазового состава предъявляются строгие требования, так как небольшая неточность в измерениях может послужить причиной ошибочного заключения при оценке качества материла и изделия в целом.
Уровень техники
Для количественного определения фазового состава используют расчетный, металлографический, рентгенографический и магнитный методы. Магнитный метод получил самое широкое распространение в России и за рубежом, как наиболее чувствительный и точный. Он основан на том факте, что в большинстве сталей аустенит парамагнитен, а мартенсит и феррит - ферромагнитны. Все существующие на сегодня средства магнитного контроля основаны на измерении отклика предварительно намагниченного образца или участка стали и требуют калибровки по стандартным образцам с известными магнитными свойствами. Роль стандартных образцов очень важна при обеспечении достоверности и единства измерений содержания
ферромагнитной фазы приборами различных типов и конструкций, метрологического обеспечения контроля ферромагнитной фазы.
Известен комплект стандартных образцов содержания ферритной фазы. Образцы, составляющие комплект, получены способом центробежного литья (патент РФ №2011178) и содержат ферритную фазу в количестве от 0,5 до 20%. Для удовлетворения потребности различных областей современной промышленности требуется измерять содержание ферромагнитной фазы сверх 20%. Для решения этой задачи в настоящее время создаются ферритометры нового поколения, способные определять ферромагнитную фазу в интервале 0,1-80%, как это делается с помощью приборов «Ферритоскоп», ФРГ и «Магне Гейдж», Великобритания (Международная инженерная энциклопедия. Неразрушающие методы контроля. Спецификатор различий в национальных стандартах разных стран. Т.3. Под ред. проф. В.Я.Кершенбаума - М.: Центр Наука и техника, 1995. - 246 с). Для калибровки и поверки ферритометров нового поколения необходимо разработать комплект стандартных образцов с содержанием ферромагнитной фазы до 80%.
Наиболее близким к заявляемому является комплект стандартных образцов содержания ферритной фазы [ГОСТ 8.518.-84]. Он включает образцы длиной 60 мм прямоугольного сечения с шириной 12,5 мм для поверки локальных ферритометров. Образцы изготовлены из хромоникелевой стали, предназначенной для изготовления стандартных образцов и содержат равномерно распределенную по объему ферритную фазу в количестве от 0,5 до 20%.
Недостатками известного комплекта являются:
- ограничение верхнего предела содержания ферритной фазы 20% в связи с использованием ферромагнитных свойств только ферритной фазы, содержание которой ограничено химическим составом стали для стандартных образцов. При использовании известного комплекта невозможно поверять ферритометры, рассчитанные для измерения
ферритной фазы свыше 20%. Для удовлетворения потребностей современной техники создаются ферритометры с диапазоном измерения ферромагнитной фазы до 80%. Для их калибровки и поверки требуется расширить интервал содержания ферритной фазы в комплекте стандартных образцов;
- ограничение ширины образца прямоугольного сечения 12,5 мм. Такие образцы использовались для поверки приборов предыдущего поколения, имеющих размер датчика существенно меньше ширины образца. Например, фазоанализатор ФА-1 снабжен датчиком с поперечным сечением 2 мм. Вместе с тем создаваемые в настоящее время ферритометры с диапазоном измерения ферромагнитной фазы до 80% будут снабжены датчиком не менее 10 мм. Поверка таких ферритометров с помощью образцов прямоугольного сечения шириной 12,5 мм некорректна из-за краевого размагничивающего эффекта. Для их калибровки и поверки требуется увеличить ширину образцов прямоугольного сечения в комплекте стандартных образцов.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели положена задача создания комплекта стандартных образцов из хромоникелевой стали с расширенным диапазоном измерения ферромагнитной фазы путем использования ферромагнитных свойств не только ферритной, но и мартенситной фазы хромоникелевой стали, из которой изготовлены образцы комплекта.
Поставленная задача решается тем, что комплект стандартных образцов содержания ферромагнитной фазы для поверки ферритометров локального типа, включающий образцы прямоугольного сечения, изготовленные из хромоникелевой стали с ферритно-аустенитной структурой и равномерным распределением по объему ферритной фазы в количестве 0,5-20%, согласно полезной модели дополнительно содержит образцы, изготовленные из той же хромоникелевой стали, но обработанной с
получением мартенситно-аустенитной структуры и равномерным распределением мартенситной фазы в количестве 20-80%.
При этом:
- комплект включает стандартные образцы с различным содержанием ферромагнитной фазы в диапазоне от 0,5 до 80%. Количество образцов содержания ферромагнитной фазы в диапазоне от 0,5 до 10% не менее 6, в диапазоне от 10 до 20% - не менее 4, в диапазоне от 20 до 80% - не менее 6;
- ширина образца прямоугольного сечения составляет не менее 20 мм.
Из физики магнетизма известно [Бозорт Р., Ферромагнетизм. М.: Издательство иностранной литературы, 1956, 784 с.], что ферромагнитные свойства материала определяются содержанием ферромагнитной фазы и маркой стали. Марка стали типа Х18Н10Т задана ГОСТом 11878-66. Поэтому для расширения диапазона измерения ферритной фазы в комплекте стандартных образцов требуется изготовить образцы из той же марки стали, но содержащие в структуре повышенное содержание ферромагнитной фазы.
Из диаграммы состояния хромоникелевых сталей известно [Химушин Ф.Ф., Нержавеющие стали. - М.: Металлургия, 1967 г.], что их структура может включать различные фазовые составляющие: аустенит, феррит, мартенсит. Фазовые превращения аустенит → феррит и аустенит → мартенсит сопровождаются перестройкой кристаллической решетки (от гранецентрированной к объемно-центрированной) и изменением магнитного состояния (из парамагнитного в ферромагнитное). Количество феррита в стали марки Х18Н10Т ограничено 15-20%, а количество мартенсита регулируется за счет режимов термической обработки и условий пластической деформации в широких пределах.
Таким образом, предлагаемый комплект стандартных образцов с содержанием ферромагнитной фазы до 80% основан на использовании того факта, что носителем ферромагнитных свойств в хромоникелевых сталях является не только феррит, но и мартенсит. При таком подходе изготовлен комплект стандартных образцов, в котором содержание ферромагнитной
фазы от образца к образцу меняется с необходимым для точной калибровки и поверки минимальным шагом, а общее количество образцов в комплекте достаточно для перекрытия всего требуемого интервала содержаний ферромагнитной фазы от 0,5 до 80%.
На рисунке представлена диаграмма, иллюстрирующая распределение ферромагнитной фазы в стандартных образцах, входящих в предлагаемый комплект.
Осуществление полезной модели
Материалом для изготовления комплекта стандартных образцов содержания ферромагнитной фазы послужила сталь Х18Н10, выплавленная вакуумным индукционным методом в условиях ЗАО «Уральский завод прецизионных сплавов», г.Березовский Свердловской области. Химический состав двух плавок этой стали приведен в таблице 1. Слитки указанной стали гомогенизировали при 1150°С в течение 10 часов для устранения ликвации и выравнивания химического состава по сечению слитка. Затем слитки ковали в пруток сечением 45×12 мм.
Кованые заготовки подвергали термической и термомеханической обработкам, режимы которых определялись требуемым содержанием ферромагнитной фазы в образцах.
Таблица 1.
Химический состав 1-ой и 2-ой плавок стали Х18Н10, вес.%
№ плавки
С
Мn
Si
S
Р
Ni
Сr
Аl
Fe
1
0,07
0,69
0,63
0,003
<0,003
8,0
16,8
0,58
ост.
2
0,02
0,95
0,56
0,004
<0,003
10,3
18,0
<0,1
ост.
Заявляемый комплект стандартных образцов применим для первичной и периодической поверки ферритометров локального типа. Поверка таких ферритометров с помощью заявляемого комплекта стандартных образцов осуществляется следующим образом. В процессе первичной поверки при измерении стандартных образцов с известным содержанием ферромагнитной фазы, входящих в заявляемый комплект, с поверяемых приборов снимают показания во всем рабочем диапазоне. По результатам этих измерений строят калибровочный график, устанавливающий соответствие между содержанием ферромагнитной фазы в стандартных образцах и показаниями прибора. При этом, для построения калибровочного графика в интервале от 0 до 20% используют данные измерения образцов, изготовленных из хромоникелевой стали с ферритно-аустенитной структурой, а в интервале от 20 до 80% используют данные измерения образцов, изготовленных из хромоникелевой стали с мартенситно-аустенитной структурой».
Во время эксплуатации средств измерения регулярно проводится периодическая поверка. В процессе периодической поверки при измерении стандартных образцов с известным содержанием ферромагнитной фазы, входящих в заявляемый комплект, с поверяемых приборов снимают показания и сравнивают их с калибровочным графиком. Если по результатам периодической поверки фактические показания прибора соответствуют калибровочному графику, поверяемый прибор признается годным к дальнейшей эксплуатации.
Таким образом, предлагаемый комплект стандартных образцов содержания ферромагнитной фазы от 0,5 до 80% обеспечивает возможность первичной и периодической поверки ферритометров локального типа.
Определение содержания ферромагнитной фазы имеет большое значение при контроле качества сварных швов, в атомной энергетике, химическом машиностроении, судостроении, авиастроении и других областях современной промышленности. Поверка средств измерения содержания ферромагнитной фазы решает задачи метрологического обеспечения и стандартизации таких измерений. Предполагается, что в самом ближайшем будущем предлагаемый комплект стандартных образцов содержания ферромагнитной фазы будет внесен в государственный реестр средств обеспечения измерений и приобретет статус государственного комплекта стандартных образцов. В этой связи патентная защита предлагаемого комплекта стандартных образцов особенно актуальна.