radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-6-102-110radioelectronics-280Research ArticleМЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫMETROLOGY, INFORMATION AND MEASURING DEVICES AND SYSTEMSОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ МЕТАЛЛА МАГНИТНЫМ МЕТОДОМDETERMINATION OF HARDENED METAL LAYER THICKNESS USING MAGNETIC METHODБезкоровайныйВ. С.BezkorovayniyV. S.

Безкоровайный Владимир Сергеевич – кандидат технических наук (2016), доцент кафедры электромеханики Луганского национального университета имени Владимира Даля. Автор 32 научных работ. Сфера научных интересов: приборы и устройства магнитных измерений; магнитный неразрушающий метод контроля ферромагнитных изделий.

квартал Молодежный, 20-а, г. Луганск, 91034

Vladimir S. Bezkorovainy – Ph.D. in Engineering (2016), Associate Professor of the Department of Electromechanics of Lugansk National University named after Vladimir Dal. The author of 32 scientific publications. Area of expertise: magnetic testers and measuring devices; magnetic non-destructive method for ferromagnetic work control.

20-а, Molodezhnyi Quarter, 91034, Lugansk

volk_7@ukr.netЯковенкоВ. В.YakovenkoV. V.

Яковенко Валерий Владимирович – доктор технических наук (1989), профессор (1990), заведующий кафедры электромеханики Луганского национального университета имени Владимира Даля. Заслуженныйдеятель науки и техники Украины (1991). Автор 86 научных работ. Сфера научных интересов: приборы и устройства магнитных измерений; магнитный неразрушающий метод контроля ферромагнитных изделий.

квартал Молодежный, 20-а, г. Луганск, 91034

Valery V. Yakovenko – D.Sc. in Engineering (1989), Professor (1990), Head of Department of Electromechanics of Lugansk National University named after Vladimir Dal. Honored Scientist and Engineer of Ukraine (1991). The author of 86 scientific publications. Area of expertise: magnetic testers and measuring devices; magnetic nondestructive method for ferromagnetic work control.

20-а, Molodezhnyi Quarter, 91034, Lugansk

kaf-el-mex@yandex.ruЛивцовЮ. В.LivtsovY. V.

Ливцов Юрий Владимирович – магистр по специальности "Метрология, измерительная техника, стандартизация и сертификация" (2008), аспирант кафедры электромеханики Луганского национального университета имени Владимира Даля. Автор 11 научных работ. Сфера научных интересов: приборы и устройства магнитных измерений; магнитный неразрушающий метод контроля ферромагнитных изделий.

квартал Молодежный, 20-а, г. Луганск, 91034

Yury V. Livtsov – Master’s Degree in Metrology Measuring Equipment, Standardization and Certification (2008), Postgraduate Student of the Department of Electromechanics of Lugansk National University named after Vladimir Dal. The author of 11 scientific publications. Area of expertise: magnetic testers and measuring devices;  magnetic non-destructive method for ferromagnetic work control.

20-а, Molodezhnyi Quarter, 91034, Lugansk

Liwtsoff@yandex.uaЛуганский национальный университет им. Владимира ДаляУкраинаLuhansk National University named after Vladimir DahlUkraine20182812201806102110Copyright © Безкоровайный В.С., Яковенко В.В., Ливцов Ю.В., 20182018Безкоровайный В.С., Яковенко В.В., Ливцов Ю.В.Bezkorovayniy V.S., Yakovenko V.V., Livtsov Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/280

Наиболее распространенным методом упрочнения поверхностей осей подвижного состава является обработка холодным пластическим деформированием путем накатки роликами. К основным параметрам технологического процесса после накатывания относятся микротвердость поверхностного слоя металла оси и его глубина. Для контроля поверхностного слоя металла применяется способ, основанный на вырезании продольных штифтов и контроле твердости по методу Виккерса. Существующие методы неразрушающего контроля базируются на измерении индукции и других магнитных величин в объеме сердечника намагничивающего устройства. Это вносит методическую погрешность и ограничивает возможности определения структуры обрабатываемого материала. Цель работы – теоретическое и экспериментальное исследование метода контроля параметров упрочненного слоя оси при помощи анализа характеристик магнитного поля рассеяния намагниченного локального участка поверхности оси до и после обработки накаткой роликами. Предложен метод определения толщины упрочненного слоя металла оси подвижного состава, основанный на измерении параметров магнитного поля рассеяния намагниченного локального участка до и после обработки. Для обоснования предлагаемого метода проведено математическое моделирование магнитного поля рассеяния локального намагниченного участка оси. Контроль упрочненного слоя металла выполняется намагничиванием локального участка оси электромагнитом с последующим измерением напряженности магнитного поля рассеяния. Определяется максимальное значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля, которое является информативным параметром. Разработана математическая модель магнитного поля намагниченного участка, приведены результаты численных и натурных экспериментов. Оценено расхождение экспериментальных данных и результатов теоретических расчетов. Метод дает возможность контролировать толщину упрочненного слоя металла и качество упрочнения оси подвижного состава.

The routine method to control metal surface layer is Vickers hardness test method. The existing nondestructive testing methods are based on measuring induction density and other magnetic quantities in magnetizer core. This causes the method error and restricts the ability to determine the structure of the processed material. The paper provides theoretical and experimental investigation of the method for controlling the hardened axis layer parameters by analyzing characteristics of stray magnetic field of the axis magnetized local surface area before and after rouletting. A method is proposed for determining the hardened metal layer thickness of the rolling stock axis, based on measuring the parameters of the magnetized local area stray magnetic field before and after processing. To justify the proposed method, mathematical modeling of stray magnetic field of the axis local magnetized section is performed before and after processing. Inspection for the hardened metal layer is performed using magnetization of the axis local segment with electromagnet, followed by measuring the stray magnetic field strength. The maximum value of the horizontal magnetic force is determined, which is an informative parameter. A mathematical model is developed for the magnetized section magnetic field, the results of numerical and field experiments are presented. The discrepancy between the experimental data and the results of theoretical calculations is estimated. The method makes it possible to control the thickness of the hardened metal layer and the quality of the hardening of the rolling stock axis.

упрочнение металламагнитное полеэлектромагнитферрозондинтегральное уравнениенамагниченностьэкспериментhardening of metalmagnetic fieldelectromagnetferro-gapintegral equationmagnetizationexperimentReferencesГОСТ 11018–2000. Тяговый подвижной состав железнодорожных дорог колеи 1520 мм. Колесные пары. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.GOST 11018–2000. Traction Railway Stock Wheelsets for 1520 mm Gauge Railways. General specifications. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov, 2001. (In Russian)Циркунов А. Б., Цигунов А. Е. Классификация дефектов вагонной оси // Железнодорожный транспорт. 1990. № 8. С. 47–49.Tsirkunov A. B., Tsigunov A. E. Classification of Defects of the Wagon Axle. Railway Transport. Zh-D. Transport [Classification of Car Axle Defects. Railway Transport], 1990, no. 8, pp. 47–49. (In Russian)Михеев М. Н., Фродман А. А., Морозов В. М. О применении коэрцитивных методов с приставными электромагнитами при контроле массивных стальных изделий // Дефектоскопия. 1978. № 8. С. 47–51.Mikheev M. N., Frodman A. A., Morozov V. M. On Coercive Method Application Using Attached Electromagnets to Control Solid Steelwork. Defektoskopiya [Defectoscopy], 1978, no. 8, pp. 47–51. (In Russian)Бида Г. В., Ничипурук А. П. Коэрцитиметрия в неразрушающем контроле // Дефектоскопия. 2000. № 10. С. 13–18.Bida G. V., Nichipuruk A. P. Coercive Force Measurements in Nondestructive Testing. Russian Journal of Nonde-structive Testing. 2000, no. 10, pp. 707–727.Ничипурук А. П., Бида Г. В., Шанурин А. М. О функциональных возможностях магнитного структуроскопа СМ-401 // Дефектоскопия. 2000. № 10. С. 13–18.Nichipuruk A. P., Bida G. V., Shanurin A. M. SM-40 Magnetic Structuroscope. Nondestructive Testing and Diagnostics. Defektoskopiya [Defectoscopy], 2000, no. 10, pp. 13–18. (In Russian)Lanbe W., Lindow R. Fertigungstechnik und Betrieb. FB: Zeitschr. Berlin: Verl. Technik, 1996. 365 p.Lanbe W., Lindow R. Fertigungstechnik und Betriet. FB: Zeitschr, 1996, 365 p.Жученко Н. А. Совершенствование систем дефектоскопии деталей ходовой части подвижного состава: дис. … канд. техн. наук: 05.11.13 – приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Луганск, 2007. 163 с.Zhuchenko N. A. Sovershenstvovanie sistem defektoskopii detalei khodovoi chasti podvizhnogo sostava: dis. … kand. tekhn. nauk [Flaw Detection System Development for Rolling Stock Running Gear Elements: dis. … Ph.D. (tech. sciences)] 05.11.13. Lugansk, 2007, 163 p. (In Russian)Kores V. Electromagnetic testing of railway axle structure // Proc. 10th World Conf. NTD. 1982. Vol. 2. P. 267–274.Kores V. Electromagnetic Testing of Railway Axle Structure. Proc. 10th World Conf. NTD. 1982, vol. 2, pp. 267–274.ГОСТ 33200–2014. Оси колесных пар железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2015.GOST 33200–2014 Wheelset Axles of Railway Rolling Stock. General Technical Conditions. Moscow, Standartinform, 2015. (In Russian)Корбан Н. П. Совершенствование метода интегральных уравнений численного расчета магнитного поля намагниченного тела // Електротехніка і електроенергетика. 2011. № 1. С. 5–10.Korban N. P. Integral Equation Method Development for Magnetized Body Magnetic Field Numerical Calculation. Electrical Engineering and Power Engineering. 2011, no. 1, pp. 5–10. (In Russian)Bezkorovaynyy V., Yakovenko V. Mathematical modeling of magnetic stray fields defects ferromagnetic products // TEKA. 2013. Vol. 13, № 4. P. 25–32.Bezkorovaynyy V., Yakovenko V. Mathematical Modeling of Magnetic Stray Fields Defects Ferromagnetic Products. TEKA-2013, vol. 13, no. 4, pp. 25–32.Курбатов П. А. Метод ограниченных областей для решения задач нелинейной магнитостатики // Электромагнитное поле и системы. 1986. № 118. С. 31–37.Kurbatov P. A. Bounded Domain Method for Nonlinear Magnetostatics Problem Solving. Elektromagnitnoe pole i sistemy [Electromagnetic Field and Systems], 1986, no. 118, pp. 31–37. (In Russian)Мельгуй М. А. Формулы для описания нелинейных и гистерезистых свойств ферромагнетиков // Дефектоскопия. 1987. № 11. С 3–10.Mel'gui M. A. Formulas for Describing Ferromagnet Nonlinear and Hysteresis Properties. Defektoskopiya [Defectoscopy], 1987, no. 11, pp. 3–10. (In Russian)Швец С. Н., Ливцов Ю. В., Яковенко В. В. Контроль параметров поверхностного слоя металла после накатки роликами // Актуальні проблеми автоматики та приладобудування. Матеріали II Всеукраїнської науково-технічної конференції. 10–11 грудня 2015 р. Харків: ТОВ "В справі", 2015. С. 123–124.Shvets S. N., Livtsov Yu. V., Yakovenko V. V. Inspection for Metal Surface Layer Parameters after Rolling. Matter. of the II All-Ukrainian Scientific and Technical Conference. 2015, pp.123–124. (In Ukrainian)Математические модели магнитного поля намагниченного поверхностного слоя металла / В. С. Безкоровайный, О. В. Тарасенко, Ю. В. Ливцов, В. В. Яковенко // Електричні машини і апарати. 2014. № 25. С. 1–11.Bezkorovainyi V. S., Tarasenko O. V., Livtsov Yu. V., Yakovenko V. V. Mathematical Models for Magnetized Surface Metal Layer Magnetic Field. Elektromekhanichni ta Enerhozberihayuchi Systemy [Electric machines and equipment], 2014, vol. 25, no. 1, pp. 66–75. (In Russian)Курбатов П. А., Аринчин А. С. Численный расчет электромагнитных полей. М.: Энергоатомиздат, 1984. 168 с.Kurbatov P. A., Arinchin A. S. Chislennyi raschet elektromagnitnykh polei [Electromagnetic Field Numerical Calculation]. Moscow, Energoatomizdat, 1984, 168 p. (In Russian)Яковенко В. В., Жученко Н. А. Математическая модель остаточной намагниченности локального участка ферромагнитной детали // Праці Луганського відділення міжнародної академії інформатизації. 2006. № 2 (13). С. 100–104.Yakovenko V. V., Zhuchenko N. A. Mathematical Model of Residual Magnetization of Ferromagnetic Part Local Area. Prace of the Lugansk District of the International Academy of Information Technologies. 2006, no. 2(13), pp. 100–104. (In Russian)Букреев В. В., Яковенко В. В. Математическое моделирование поля в магнитной системе датчика микротвердости упрочненного поверхностного слоя // Вісник СНУ ім. В. Даля, 2009. № 8 (138). С. 28–35.Bukreev V. V, YakovenkoV. V. Field Mathematical Modeling in Magnetic System of Hardened Surface Layer Microhardness Sensor. Visnik of the Volodymyr Dahl East Ukrainian national university [Newsletter of SNU n. a. V. Dal]. 2009, no. 8(138), pp. 28–35. (In Russian)Филимоненко Н. Н., Карлов Д. Б., Чурносов А. П. Математические модели для расчета намагниченности при определении толщины и твердости верхнего слоя металла, упрочненного способом виброобработки // Вісті Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. 2010. № 3 (145). С. 158–166.Filimonenko N. N., Karlov D. B., Churnosov A. P. Mathematical Models for Calculating Magnetization in Determining Upper Metal Layer Thickness and Hardness, Strengthened using Vibro-Processing Method. View of the National Ukrainian National University n. a. V. Dahl. 2010, no. 3 (145), pp. 158–166. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.