Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5
Розглянуто проблему виявлення та оцінки шліфувальних припалювань сталевих виробів. Запропоновано спосіб виготовлення зразків зі шліфувальними припалюваннями різної глибини на основі варіації режимів шліфування. Проведено дослідження зразків із теплостійкої сталі ВКС-5 із припалюваннями загартовуванн...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132992 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 / В.М. Учанін, М.В. Сидоренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 4. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132992 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1329922025-02-09T14:17:11Z Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 Investigation of eddy current methods of detection and evaluation of structural changes during grinding of items from heat-resistant steel VKS-5 Учанін, В.М. Сидоренко, М.В. Научно-технический раздел Розглянуто проблему виявлення та оцінки шліфувальних припалювань сталевих виробів. Запропоновано спосіб виготовлення зразків зі шліфувальними припалюваннями різної глибини на основі варіації режимів шліфування. Проведено дослідження зразків із теплостійкої сталі ВКС-5 із припалюваннями загартовування з товщиною від 2…3 до 100 мкм. Використано два вихрострумові методи, побудовані на застосуванні підвищених робочих частот (200 МГц) і визначенні змін імпедансу вихрострумового перетворювача в діапазоні робочих частот від 5,9 до 8 МГц (змінно-частотний метод). Показано кореляційні залежності показів приладів від товщини припалювання загартовування. Підтверджено високу чутливість вихрострумового методу до припалювань загартовування, особливо в випадку використання підвищених робочих частот. Сформульовано напрямки подальших досліджень. The problem of detection and assessment of grinding burn marks in steel products is considered. A method is proposed to prepare samples with grinding burn marks of different depth, based on variation of grinding modes. Investigation of samples from heat-resistant steel VKS-5 with hardening burn marks of thickness from 2…3 to 100 ~m was conducted. Two eddy current methods, which are based on application of higher working frequencies (200 MHz), were used, and changes of impedance of eddy current converter in working frequency range from 5.9 to 8 MHz (variable frequency method) were determined. Correlation dependencies of instrument readings on hardening burn mark thickness are shown. High sensitivity of eddy current method to hardening burn marks was confirmed, particularly in the case of application of higher working frequencies. Directions of further studies were defined. 2016 Article Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 / В.М. Учанін, М.В. Сидоренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 4. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2016.04.04 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132992 620.19.40 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Учанін, В.М. Сидоренко, М.В. Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Розглянуто проблему виявлення та оцінки шліфувальних припалювань сталевих виробів. Запропоновано спосіб виготовлення зразків зі шліфувальними припалюваннями різної глибини на основі варіації режимів шліфування. Проведено дослідження зразків із теплостійкої сталі ВКС-5 із припалюваннями загартовування з товщиною від 2…3 до 100 мкм. Використано два вихрострумові методи, побудовані на застосуванні підвищених робочих частот (200 МГц) і визначенні змін імпедансу вихрострумового перетворювача в діапазоні робочих частот від 5,9 до 8 МГц (змінно-частотний метод). Показано кореляційні залежності показів приладів від товщини припалювання загартовування. Підтверджено високу чутливість вихрострумового методу до припалювань загартовування, особливо в випадку використання підвищених робочих частот. Сформульовано напрямки подальших досліджень. |
| format |
Article |
| author |
Учанін, В.М. Сидоренко, М.В. |
| author_facet |
Учанін, В.М. Сидоренко, М.В. |
| author_sort |
Учанін, В.М. |
| title |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 |
| title_short |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 |
| title_full |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 |
| title_fullStr |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 |
| title_full_unstemmed |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 |
| title_sort |
дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі вкс-5 |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132992 |
| citation_txt |
Дослідження вихрострумових методів виявлення та оцінки змін структури під час шліфування виробів із теплостійкої сталі ВКС-5 / В.М. Учанін, М.В. Сидоренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 4. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT učanínvm doslídžennâvihrostrumovihmetodívviâvlennâtaocínkizmínstrukturipídčasšlífuvannâvirobívízteplostíjkoístalívks5 AT sidorenkomv doslídžennâvihrostrumovihmetodívviâvlennâtaocínkizmínstrukturipídčasšlífuvannâvirobívízteplostíjkoístalívks5 AT učanínvm investigationofeddycurrentmethodsofdetectionandevaluationofstructuralchangesduringgrindingofitemsfromheatresistantsteelvks5 AT sidorenkomv investigationofeddycurrentmethodsofdetectionandevaluationofstructuralchangesduringgrindingofitemsfromheatresistantsteelvks5 |
| first_indexed |
2025-11-26T17:42:58Z |
| last_indexed |
2025-11-26T17:42:58Z |
| _version_ |
1849875740120580096 |
| fulltext |
21ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
УДК 620.19.40
ДОСЛІДжЕННЯ ВИХРОСТРУМОВИХ МЕТОДІВ ВИЯВЛЕННЯ
ТА ОЦІНКИ ЗМІН СТРУКТУРИ ПІД чАС ШЛІФУВАННЯ
ВИРОБІВ ІЗ ТЕПЛОСТІЙКОЇ СТАЛІ ВКС-5
в. М. учанін1, М. в. сиДоренко2
1Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України. 79060, м. Львів, вул. Наукова, 5.
E-mail: uchanin@ipm.lviv.ua
2Запорізький національний технічний університет. 69063, м. Запоріжжя, вул. жуковського, 64.
E-mail: sip80@inbox.ru
Розглянуто проблему виявлення та оцінки шліфувальних припалювань сталевих виробів. Запропоновано спосіб виго-
товлення зразків зі шліфувальними припалюваннями різної глибини на основі варіації режимів шліфування. Проведено
дослідження зразків із теплостійкої сталі ВКС-5 із припалюваннями загартовування з товщиною від 2…3 до 100 мкм.
Використано два вихрострумові методи, побудовані на застосуванні підвищених робочих частот (200 МГц) і визначенні
змін імпедансу вихрострумового перетворювача в діапазоні робочих частот від 5,9 до 8 МГц (змінно-частотний метод).
Показано кореляційні залежності показів приладів від товщини припалювання загартовування. Підтверджено високу
чутливість вихрострумового методу до припалювань загартовування, особливо в випадку використання підвищених
робочих частот. Сформульовано напрямки подальших досліджень. Бібліогр. 24, рис. 8.
К л ю ч о в і с л о в а : шліфувальні припалювання, вихрострумовий метод, вихрострумовий перетворювач
стан проблеми. Зубчасті колеса авіаційних
двигунів відносяться до їх найскладніших і най-
відповідальніших елементів. Їх експлуатаційні ха-
рактеристики залежать від точності виготовлен-
ня і якості робочих поверхонь, що працюють за
умов великих контактних напружень, дії сил тер-
тя і температури [1]. До найбільш складних опе-
рацій при їх виготовленні відносяться нарізуван-
ня, хіміко-термічна обробка і шліфування зубів.
Хіміко-термічна обробка передбачає газову це-
ментацію, яка призводить до деформацій і знач-
ного зменшення точності виготовлення коліс. Для
оптимального профілювання зубчастих коліс про-
цес їх виготовлення завершують шліфуванням ро-
бочої поверхні зубів. Процес шліфування може
призводити до структурних змін поверхневих ша-
рів (припалювань) і залишкових напружень роз-
тягу, які понижують експлуатаційні властивості
виробів через зміни фізико-механічних власти-
востей матеріалу. Причиною припалювань є ви-
сокі локальні температури в зоні різання, які за
певних умов можуть перевищувати температури
структурних і фазових перетворень [1,2]. Анало-
гічні проблеми можуть виникати в інших галузях
машинобудування.
Особливістю термічного режиму шліфування
є короткотерміновий нагрів з наступним швид-
ким охолодженням внаслідок відведення теплоти
вглиб металу. Процеси структурно-фазових пе-
ретворень при цьому визначаються режимами рі-
зання, діаграмою стану і теплофізичними харак-
теристиками сталі. Під час нагріву вище певної
критичної температури починає перестроювати-
ся кристалічна гратка з утворенням аустеніту. За
звичайних умов охолодження аустеніт перетво-
рюється у мартенсит, що зазвичай спостерігається
під час загартовування. Але за високої швидкості
охолодження, характерної для процесів шліфуван-
ня, мартенситне перетворення стримується, що
призводить до фіксації значної частки утвореного
аустеніту, який викликає припалювання вторин-
ного загартовування. Крім припалювання вторин-
ного загартовування розрізняють припалювання
відпуску [3, 4]. Шар припалювання вторинного
загартовування має підвищену твердість і про-
центний вміст аустеніту. Але існують і складніші
багатошарові структури (припалювання змішано-
го типу [4]) – припалювання загартовування (вто-
ринного) з відпуском. В цьому випадку шар вто-
ринного загартовування розташований на м’якій
основі відпущеного шару, який потім переходить
у нормальну мартенситну структуру основного
матеріалу [1, 3, 4]. Це відбувається, коли швид-
кість охолодження на певній глибині зменшується
через зменшення перепаду температур. При цьо-
му аустеніт не фіксується і формуються структури
сорбіту або трооститу. В такому випадку загарто-
ваний шар лежить на основі сильно відпущеного
металу і руйнування загартованого шару під дією
навантажень є особливо інтенсивним. Припалю-
вання усіх видів зменшують міцність деталей, але
припалювання загартовування вважаються більш
небезпечними. Зокрема, припалювання зменшу-
ють витривалість зубчастих коліс. Випробування
на стенді показали, що зубчасті колеса з припа-© В. М. Учанін, М. В. Сидоренко, 2016
22 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
люваннями мають довговічність у 1,4…1,6 разів
меншу ніж у зубчастих коліс без припалювань [1].
Це пояснюють дією факторів, що сприяють заро-
дженню втомних тріщин.
огляд методів контролю змін структури по-
верхневих шарів після шліфування. Для гаран-
тування контактної витривалості зубчастих коліс
важливо проводити оцінку структурного стану
поверхневих шарів. Контроль зубчастих коліс на
наявність припалювань (в тому числі у двигуно-
будуванні) здійснюють травленням в спеціаль-
них реактивах [5]. До недоліків методу травлення
можна віднести його якісний характер, суб’єктив-
ність результатів контролю і погіршення якості
поверхні після контролю. Для контролю струк-
турних змін можна також використовувати метод
рентгеноструктурного аналізу [6]. Але цей метод
вимагає складного обладнання і є трудомістким
[6]. Відомий також метод, побудований на вимі-
рюванні контактної різниці потенціалів [7]. Але
відомості про практичне використання цього ме-
тоду відсутні.
До найперспективніших методів для аналі-
зу змін структури поверхневих шарів сталі після
шліфування слід віднести електромагнітні методи
[8], зокрема, магнітошумовий (шумів Баркгаузе-
на) [9] і вихрострумовий [10–15], які вже знайшли
застосування в практиці НК.
Комплекс досліджень із застосування вихро-
струмового методу для контролю припалювань
проведений на Пермському моторобудівному за-
воді [10–12]. Автори дослідили вплив параметрів
припаленого шару, зокрема, кількість залишково-
го аустеніту (яка зростає зі збільшенням темпера-
тури загартовування), на складові імпедансу ви-
хрострумового перетворювача (ВСП). Показано,
що зростання кількості аустеніту до 60 % призво-
дить до суттєвого зменшення реактивної складо-
вої імпедансу ВСП, в той час як активна складова
практично не змінюється. Очевидно, що це пов’я-
зано зі зменшенням магнітної проникності мате-
ріалу зі збільшенням кількості аустеніту, який має
немагнітні властивості. Запропоновано спосіб ви-
хрострумового контролю, який побудований на
аналізі годографів сигналу ВСП в комплексній
площині. Згідно цього способу, ВСП встановлю-
ють на зразок, отриманий за оптимальних параме-
трів шліфування. Поворотом комплексної площи-
ни прилад настроюють таким чином, що сигнали
від припалювань загартовування і відпустку бу-
дуть орієнтовані в різних квадрантах – першому і
четвертому відповідно. Тобто, розглянутий спосіб
дозволяє не тільки виявити припалювання, а і ви-
значити його тип.
В роботі [13] представлено чотириканальну ви-
хрострумову установку для виявлення припалю-
вань на робочих поверхнях підшипників із сталі
ШХ15СГ. Кожний канал складається із автогене-
ратора з кварцевим резонатором (10 МГц) в колі
зворотного зв’язку. Наявність неоднорідностей
поверхневого шару (припалювань) під час ска-
нування кілець виносним ВСП призводить до
модуляції амплітуди високочастотних коливань.
Обвідна високочастотних коливань виділяється
амплітудним детектором і аналізується схемою
амплітудного дискримінатора для формування
сигналу індикації про наявність браку.
Дослідження по виявленню припалювань
представлено на 19-й Світовій конференції з НК
в Мюнхені [14, 15]. Зокрема, досліджено вигляд
сигналів від локальних припалювань різного
типу. Показано різницю між сигналами ВСП аб-
солютного і диференційного типу і проаналізо-
вано вплив робочої частоти. Під час досліджень
використано штучні припалювання, отримані за
допомогою лазера [14]. Подано також результати
експериментів по контролю колінчастих валів за
допомогою контрольного автомату типу QuaSor E,
який комплектували вихрострумовими прилада-
ми різного типу [14]. Зокрема, використовували
прилад «Еddyvisor» від фірми «ibg Pruefcomputer
GmbH» і дефектоскоп «ELOTEST BS 320» від
фірми «Rohmann GmbH». Локальні припалюван-
ня також імітували за допомогою лазерної оброб-
ки. Зокрема, досліджували припалювання загар-
товування глибиною від 50 до 200 мкм. Найкращі
результати для виявлення припалювання наймен-
шої глибини були отримані за допомогою мульти-
диференційного ВСП на робочій частоті 1,7 МГц.
Досліджувана сталь і методика підготовки
зразків. Досліджувались зразки із сталі ВКС–5
(16Х3НВФМБ-III), яка вважається найбільш ра-
ціонально легованою (хімічний склад, мас. %:
0,14…0,19 C; 0,4-0,7 Mn; 0,6…0,9 Si; 2,6…3,0 Cr;
1,0…1,5 Ni; 0,4…0,6 Mo; 1,0…1,4 W; 0,35…0,55 V;
0,10…0,20 Nb; Fe решта) і здатною тривалий час
зберігати високу твердість (HRC 60…63) [1].
Різну товщину структурно зміненого шару на
дослідницьких зразках отримували шляхом ва-
ріації режимів шліфування згідно способу [16].
Рис. 1. Зовнішній вигляд зразків із сталі ВКС–5 з шліфуваль-
ними припалюваннями різної товщини
23ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Для цього із сталі ВКС–5 були виготовлені заго-
товки у вигляді пластин розмірами 60×12×4 мм.
Для створення припалювань використано шліфу-
вальний станок 3Г71 з кругом із карбіду кремнію
типу 64С F90 LV на мінімальній швидкості різан-
ня. Для отримання різного ступеня припалювань
шліфування проводять за різної глибини різан-
ня δ – товщини поверхневого шару, яку знімають
за один прохід. В нашому експерименті δ = 10,0;
20,0; 30,0 і 40 мкм. З частини заготовок були ви-
готовлені поперечні шліфи, на яких за допомогою
металографічного інвертованого мікроскопа Carl
Zeiss Observer D1m були визначені товщини при-
палювань загартовування.
Зовнішній вигляд зразків з різною товщиною
припаленого шару представлено на рис. 1. На
рис. 2 представлено шліфи зразків з різною тов-
щиною γ припалювання.
Товщини шліфувальних припалювань γ, мкм
на дослідницьких зразках із сталі ВКС–5 (рис. 1):
для № 27 – 0 (початковий стан); № 3 – 1…3; № 6 –
3…7; № 9 – 14…26; № 12 – 90…110.
В поверхневому шарі зразків можна спостері-
гати шліфувальні припалювання загартовування у
вигляді білого шару (рис. 2). При цьому мінімаль-
на товщина шару складає 1…3 мкм, а максималь-
на – близько 100 мкм. Товщина γ припаленого
шару у різних січеннях зразків має деякий розкид.
Спостерігається певна кореляційна залежність
γ(δ) (рис. 3) товщини поверхневого припаленого
шару γ від глибини різання δ – товщини поверх-
невого шару, що знімається за один прохід інстру-
менту. Ця залежність може бути використана для
отримання зразків із сталі ВКС–5 із заданою тов-
щиною припалювання для калібрування і настро-
ювання апаратури контролю [16]. Основною пе-
ревагою таких зразків порівняно із зразками, в
яких припалювання формують за допомогою лазе-
ра [14, 15], є повна відповідність припалюванням
на об’єктах контролю, а також можливість форму-
вання припалювань в широкому діапазоні заданої
товщини. Крім того, товщину припалювань мож-
на уточнити використанням статистичних підхо-
дів [17].
апаратура для проведення досліджень. Для
досліджень використовували два варіанти реаліза-
ції методу вихрострумової структуроскопії. Пер-
ший передбачає контроль матеріалів на підвище-
них робочих частотах, який, завдячуючи впливу
скін-ефекту, забезпечує високу чутливість до змін
електрофізичних параметрів в тонких поверхне-
вих шарах. В іншому варіанті використано змін-
но-частотний метод, при якому зміни імпедансу
ВСП визначали в діапазоні робочих частот.
Для кількісного вихрострумового контро-
лю поверхневих шарів на підвищених частотах
раніше запропоновано декілька технічних рі-
шень [18–20], які реалізовано у вихрострумово-
му структуроскопі типу ВС-11Вч (АЛЬФА М)
(рис. 4) [21]. Використовували варіант приладу,
що працює в режимі зриву генерації на підви-
щеній робочій частоті 200 МГц у виносному ав-
тогенераторному ВСП з мініатюрною обмоткою
діаметром 0,5 мм, що забезпечує максимальну
чутливість до зміни електрофізичних властивос-
тей тонкого поверхневого шару матеріалу [19]. В
приладі реалізовано спосіб кількісної оцінки па-
Рис. 3. Залежність товщини припаленого шару γ від глибини
різання δ
Рис. 2. Шліфи зразків з різною товщиною γ
припаленого шару: до шліфування γ = 0 (а);
γ = 1…3 (б); γ = 3…7 (в); γ = 14…26 (г); γ =
= 90…110 мкм (д)
24 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
раметрів шарів шляхом реєстрації зміни граничних
значень керуючої напруги виносного автогенера-
торного ВСП з діаметром обмотки 0,5 мм [20].
Для вимірювання модуля імпедансу параме-
тричного ВСП змінно-частотним методом ви-
користовували вихрострумову систему F-SECT
(рис. 5), розроблену італійською фірмою CESI для
аналізу експлуатаційної деградації структури ви-
сокотемпературних поверхневих шарів лопаток
газових турбін [22, 23]. Прилад дозволяє реєстру-
вати зміни імпедансу параметричного ВСП у ви-
гляді тонкоплівкової спіралі в широкому діапазоні
робочих частот.
результати досліджень. Залежність показів
вихрострумового структуроскопа типу ВС-11Вч
(АЛЬФА М) на робочій частоті 200 МГц під час
дослідження зразків зі шліфувальними припа-
люваннями загартовування товщиною від 3 до
100 мкм подано на рис. 6 [24]. Під час побудови
залежностей використовували середнє значення
товщини припалювання.
Видно, що застосування підвищеної робочої
частоти 200 МГц призводить до високої чутли-
вості до шліфувальних припалювань. Для кож-
ного зразка існує розкид показів, що пов’язано з
неоднорідністю товщини структурно зміненого
стану на різних ділянках зразка (див. рис. 2). Але
цей розкид незначний порівняно зі змінами пока-
зів приладу навіть для припалювання найменшої
товщини (до 1…3 мкм). Така чутливість набага-
то перевищує чутливість, подану в роботах [14,
15], що пов’язано з набагато більшою робочою
частотою в нашому експерименті. При цьому по-
кази структуроскопа різко змінюються на почат-
ку діапазону змін товщини припаленого шару (до
7…10 мкм), після чого спостерігається певне на-
сичення і покази структуроскопа в діапазоні від
7…10 мкм до 100 мкм змінюються на незначну
величину. Такий характер залежності також мож-
на пояснити сильним впливом скін-ефекту через
нетрадиційно високу робочу частоту (200 МГц).
Таким чином, існує статистична кореляція між по-
казами структуроскопа і товщиною припалених
шарів, що дозволяє стверджувати про можливість
кількісної оцінки глибини припалювань загар-
товування (особливо в діапазоні малої товщини
припалювання).
Під час досліджень змінно-частотним методом
за допомогою вихрострумової системи F-SECT
використовували 21 робочу частоту в діапазоні від
0,59 до 8,0 МГц. Реалізовано режим нормування
імпедансу на кожній із використовуваних робо-
чих частот. При цьому на кожній частоті приведе-
ний модуль імпедансу Mod Z’ для зразка без при-
палювання після нормування відповідає нулю, а з
припалюванням максимальної товщини 100 мкм
дорівнює одиниці. Для інших зразків з проміж-
ною товщиною припаленого шару приведений ім-
педанс за такого нормування буде знаходитися в
діапазоні 0 < ModZ’ < 1,0. Результати досліджень
представлено у вигляді частотної залежності мо-
дуля нормованого імпедансу Mod Z’ для зразків з
припаленим шаром різної товщини (рис. 7) і за-
лежності модуля нормованого імпедансу Mod Z’
від товщини припалювання для крайніх робочих
частот діапазону 0,59 і 8,0 МГц (рис. 8).
Наведені результати (рис. 7, 8) показують на-
дійну амплітудну дискримінацію сигналів за тов-
Рис. 4. Вихрострумовий структуроскоп ВС-11Вч (АЛЬФА М)
Рис. 5. Комп’ютеризована вихрострумова система F-SECT
Рис. 6. Залежність показів структуроскопа ВС-11Вч від тов-
щини припаленого шару γ
25ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
щиною припалювання загартовування на різних
частотах від 0,59 до 8 МГц. Залежності модуля
нормованого імпедансу на рис. 8 для робочих час-
тот 0,59 і 8,0 МГц якісно подібні на залежність
на рис. 6, що вказує на загальний характер отри-
маних закономірностей незалежно від варіанту
реалізації вихрострумового методу. Відмінність
полягає у меншій швидкості зміни сигналу на по-
чатковій ділянці діапазону зміни товщини при-
палювання на менших робочих частотах (рис. 8).
Тут насичення настає пізніше і суттєві зміни мо-
дуля імпедансу відбуваються до товщини при-
палювання 20 мкм. Зміни модуля імпедансу при
зміні глибини припалювання більш повільні для
меншої робочої частоти 0,59 МГц.
висновки
Наведені результати показали принципову
можливість виявлення і оцінки товщини шліфу-
вальних припалювань за допомогою вихростру-
мового методу. Зокрема, це стосується найбільш
небезпечних припалювань загартовування. Зав-
дячуючи невеликим розмірам ВСП можна досяг-
нути високої локальності контролю. При цьому
чутливість до припалювань малої глибини збіль-
шується зі збільшення робочої частоти.
Методика виготовлення зразків з припалюван-
нями заданої глибини може бути реалізована шля-
хом варіації режимів шліфування на основі отрима-
них попередньо кореляційних залежностей.
Подальші дослідження передбачають розробку
методів вихрострумового контролю, що забезпе-
чують можливість визначення типу і параметрів
припалювання шляхом аналізу сигналу ВСП в
комплексній площині.
1. Производство зубчатых колес газотурбинных двигателей /
Ю. С. Елисеев, В. В. Крымов, И. П. Нежурин [и др.]; под
ред. Ю. С. Елисеева. – М.: Высшая школа, 2001. – 493 с.
2. Ящерицын П. И. Тепловые явления при шлифовании и
свойства обработанных поверхностей / П. И. Ящерицын,
А. К. Цокур, М. Л. Еременко. – Минск: Наука и техника,
1973. – 184 с.
3. Лебедев В. Г. Механизм образования прижогов при шли-
фовании деталей из закаленных сталей / В. Г. Лебедев,
Н. Н. Клименко, С. А. Аль-Аджелат // Наукові нотатки.
2013. – Вип. 40. – С. 141–143.
4. Лебедев В. Г. Фазово-структурный состав поверхност-
ных слоев деталей при шлифовании / В. Г. Лебедев, Е.
А. Луговская // Інформаційні технології в освіті, науці та
виробництві. – 2015. – Вип. 3(8). – С. 204–212.
5. ISO 14104:2014. Gears – Surface temper etch inspection
after grinding, chemical method, International Organization
for Standardization, 2014. – 17 p.
6. А. с. 949440 СССР, МКИ G01N23/20. Способ определе-
ния поверхностных прижогов / М. А.Тихонов, А. П. Са-
рычев, И. С. Ульянов; опубл. 07.08.82, Бюл. № 29.
7. Пат. 2407996 Россия. Неразрушающий способ экспресс-
ного выявления зон на поверхности металлических дета-
лей со шлифовочными или эксплуатационными прижо-
гами / Э. А. Кочаров, В. С. Олешко; опубл. 27.12.2010,
Бюл. № 36.
8. Учанин В. Н. Оптимизация электромагнитного контроля
поверхностных слоев зубчатых колес ГДТ, изготовлен-
ных из теплостойких сталей / В. Н. Учанин, М. В. Си-
доренко, А. И. Вильчек // Доклады Х Межд. научн.-техн.
конф. «Прогрессивные технологии жизненного цикла
авиационных двигателей и энергетических установок»,
Алушта: сборник тезисов докладов. – Запорожье: изд-во
Запорожского национального технического ун-та, 2013.
– С. 106–107.
9. Суоминен Л. Обнаружение дефектов шлифования дета-
лей из ферромагнитных материалов с использованием
эффекта Баркгаузена / Л. Суоминен // В мире неразруша-
ющего контроля. – 2011. – № 2 (52). – С. 74–78.
10. Остапенко В. Д. Применение электроиндуктивного ме-
тода для оценки физического состояния шлифованной
поверхности стали / В. Д. Остапенко, В. С. Гайдамакин,
О. П. чихачев // Дефектоскопия. – 1971. – № 5. – С. 56–61.
11. А. с. 3767II СССР, МКИ G01N27/86. Способ контроля ка-
чества шлифования ферромагнитных сталей / В. Д. Оста-
пенко, В. С. Гайдамакин, О. П. чихачев; опубл. 5.04.1973,
Бюл. № 17.
12. Остапенко В. Д. Исследование возможности контроля
качества шлифования закаленных сталей токовихревым
методом / В. Д. Остапенко, В. С. Гайдамакин, О. П. чиха-
чев. – М.: Энергия, 1971. – 173 с.
13. Мельников И. В. Неразрушающий контроль поверхност-
ных слоев рабочих поверхностей деталей подшипников /
И. В. Мельников, Е. Н. Семенов, Р. К. Трушкевич // Сб.
научных трудов ВНИИПП. – 1987. – Вып. 3. – С. 146–158.
14. Zösch A. Detection of Near Surface Damages in Crank Sha-
fts by Using Eddy Current Testing / A. Zösch, Ch. Seidel,
K. Härtel // 19th World Conf. on Non-Destructive Testing. –
Munich. – 2016. – Access mode: www.ndt.net.
Рис. 7. частотна залежність модуля нормованого імпедан-
су Mod Z’ для зразків з різною товщиною γ припаленого
шару: до шліфування γ = 0 (1);γ = 1…3 (2);γ = 3…7 (3);γ =
= 14…26 (4); γ = 90…110 мкм (5)
Рис. 8. Залежності модуля нормованого імпедансу Mod Z’
від товщини припалювання для робочих частот 0,59 (1) і
8,0 (2) МГц
26 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №4
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
15. Härtel K. Various Approaches to Obtain an Eddy Current Si-
gnal in Case of Overheating / K. Härtel, A. Zösch, M. Seidel,
Ch. Seidel // 19th World Conf. on Non-Destructive Testing.
– Munich. – 2016. – Access mode: www.ndt.net.
16. Пат. 100738 Україна. МПК G01N27/90. Спосіб виготов-
лення зразків для настроювання приладів контролю змін
структури під час шліфування поверхні / В. М. Учанін,
М. В. Сидоренко; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 15.
17. А. с. 1753394 СССР, МКИ G 01 N 27/90. Способ получе-
ния меры для поверки приборов неразрушающего кон-
троля / В. Н. Учанин, Ю. В. Поздняков, Ю. Н. Агапов.
– № 4733631/28; опубл. 07.08.92, Бюл. № 29.
18. Uchanin V. Elevated Frequencies in Eddy Currents – New
Possibilities of Thin Surface Layer Evaluation / V. Uchanin //
15th World Conference on Nondestructive Testing. – Rome.
– 2000. – Access mode: www.ndt.net.
19. А. с. 1785341 СССР, МКИ G 01 N 27/90. Вихретоковый
преобразователь / В. Н. Учанин, Ю. С. Грабский, И. Г.
Яковенко. – № 4851379/28; заявл. 16.07.90.
20. А. с. 1663525 СССР. МКИ G 01 N 27/90. Способ вихрето-
кового контроля тонких поверхностных слоев / В. Н. Уча-
нин, Н. П. Калинин, Ю. С. Грабский; опубл. Бюл. № 26.
21. Учанін В. М. Розробка методів та засобів контролю
пошкодженості приповерхневих шарів виробів із тита-
нових сплавів / В. М. Учанін, О. П. Осташ // Проблеми
ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та
машин. – Київ: ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України, 2006.
– С. 578–582.
22. Antonelli G. Non-destructive condition assessment of ser-
viced MCrAlY coatings / G. Antonelli // Turbine Forum:
Nice-France, 2002.
23. Пат. 7175720 США, МКИ С21D1/55. Non-destructive
testing method of determining the depletion of a coating /
Schnell G., Antonelli K., Germerdonk (Швейцарія, Італія);
– № 10/726542; заявл. 4.12.2003; опубл. 13.02.2007; НКИ
148/509. – 8 с.
24. Учанін В. М. Вихрострумовий метод виявлення та оцін-
ки змін структури під час шліфування виробів із
теплостійких сталей / В. М. Учанін, М. В. Сидоренко
// Матеріали 7-ї Міжн. наук.-техн. конф. «Сучасні при-
лади, матеріали і технології для неруйнівного контро-
лю і технічної діагностики машинобудівного і наф-
тогазопромислового обладнання». – Ів.-Франківськ:
ІФНТУНГ, 2014. – С. 42–45.
The problem of detection and assessment of grinding burn marks in steel products is considered. A method is proposed to
prepare samples with grinding burn marks of different depth, based on variation of grinding modes. Investigation of samples
from heat-resistant steel VKS-5 with hardening burn marks of thickness from 2…3 to 100 ~m was conducted. Two eddy current
methods, which are based on application of higher working frequencies (200 MHz), were used, and changes of impedance of
eddy current converter in working frequency range from 5.9 to 8 MHz (variable frequency method) were determined. Correlation
dependencies of instrument readings on hardening burn mark thickness are shown. High sensitivity of eddy current method to
hardening burn marks was confirmed, particularly in the case of application of higher working frequencies. Directions of further
studies were defined. 24 References, 8 Figures.
Надійшла до редакції
02.08.2016
|