專利名稱：鐵磁性材料是否發(fā)生塑性變形的磁學(xué)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無損檢測領(lǐng)域，鐵磁性材料制成的構(gòu)件背景技術(shù) 應(yīng)力集中是引起事故的重要因素之一，由此引發(fā)的事故所造成的后果嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)損失巨大，歷史上許多災(zāi)難性事故的發(fā)生都是由它引起的。機(jī)器在使用過程中，對于意外事故的發(fā)生，除了材料本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度外，多數(shù)是由于應(yīng)力集中或殘余應(yīng)力的影響造成的。若在應(yīng)力集中的早期階段(在破損發(fā)生之前)對其進(jìn)行有效的檢測，防止突發(fā)性事故的發(fā)生，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，金屬磁記憶檢測技術(shù)具有早期無損診斷的獨(dú)特優(yōu)勢。
從該技術(shù)提出以來，對磁記憶現(xiàn)象的解釋和分析均采用磁場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度梯度這兩個(gè)參數(shù)。在很多情況下，被檢測對象的磁場強(qiáng)度、梯度與外界條件之間沒有明確的對應(yīng)關(guān)系，使這些磁記憶現(xiàn)象很難得到合理的解釋。因此，僅依靠一兩個(gè)檢測參數(shù)無法全面分析所有的磁記憶現(xiàn)象。磁記憶檢測信號的影響因素很多，如材質(zhì)的影響、檢測速度的影響、初始磁場及熱處理方式的影響等等。通過對拉應(yīng)力狀態(tài)下試樣金屬磁記憶特性的系統(tǒng)研究，建立了磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差與拉伸載荷、應(yīng)變之間的函數(shù)關(guān)系，提出了判斷鐵磁性材料是否發(fā)生塑性變形的新方法，即當(dāng)所測鐵磁性材料的磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，材料發(fā)生塑性變形。

發(fā)明內(nèi)容
1、用于判斷鐵磁性材料是否發(fā)生塑性變形的磁學(xué)無損檢測方法；2、預(yù)測材料的變形趨勢


根據(jù)GB6397-1986《金屬拉伸試樣》，試樣設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)板狀拉伸形狀。檢測范圍在試樣中部100mm內(nèi)，沿試樣長度方向劃分兩個(gè)檢測通道，采樣步長10mm。試樣的初始磁場強(qiáng)度設(shè)計(jì)為三種情況一是具有一定加工剩磁的試樣；二是退磁后的試樣；三是無明顯加工剩磁的試樣。在CSS-44100電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)對其進(jìn)行單軸靜拉伸，并在拉伸過程中采用SG-4L特斯拉計(jì)檢測其表面的法向磁場強(qiáng)度(以下簡稱磁場強(qiáng)度)。
圖1是具有一定加工剩磁試樣的拉伸磁特性，在拉伸過程中的彈性階段，隨著拉伸位移的增加，磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)逐漸減??；在彈性到塑性的過渡階段，即在材料剛達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，σ(Hy)曲線均明顯地存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)?？梢?，塑性變形后材料對磁場有記憶功能，據(jù)此，在工程實(shí)踐中，可以通過測量工件殘余磁場的變化來判斷其是否承受過沖擊載荷或大載荷，是否發(fā)生了塑性變形。在測得鐵磁性工件表面殘余磁場強(qiáng)度的情況下，可得到工件的加載歷史，能夠算出載荷及變形的大小，以此評估材料的變形程度。
選取存在加工剩磁的三種材料A3、45#、16Mn試樣進(jìn)行了退磁處理，然后對其做單軸靜拉伸，得到磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)與拉伸位移的關(guān)系曲線，如圖2所示。從三種材料拉伸全過程中磁場強(qiáng)度的變化情況看，在材料剛達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)曲線同圖1一樣均明顯也存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)。工件材料發(fā)生塑性變形(屈服)后，內(nèi)部會有損傷，如果在屈服和強(qiáng)化階段能夠知道應(yīng)變量的大小，就可以決定是否需要采取措施，所以對屈服及強(qiáng)化進(jìn)程的研究顯得更加重要，尤其是對于強(qiáng)化階段，若不能準(zhǔn)確掌握其發(fā)展過程，結(jié)構(gòu)材料在服役期間發(fā)生的頸縮現(xiàn)象就不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，極易導(dǎo)致斷裂事故的發(fā)生，所以對強(qiáng)化進(jìn)程的檢測尤為重要。為此，對強(qiáng)化階段的磁場強(qiáng)度與應(yīng)變量的關(guān)系進(jìn)行更深入的研究是必要的。強(qiáng)化階段磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)與應(yīng)變ε的關(guān)系如圖3所示，二者之間的依賴關(guān)系為二次函數(shù)。因此，對工程中的退磁工件，可以采用σ(Hy)這一參數(shù)，依據(jù)二次函數(shù)的變化關(guān)系對其塑性變形程度進(jìn)行評估。
對無明顯磁化的銑削加工的45#鋼試樣進(jìn)行了單軸靜拉伸試驗(yàn)，得到了磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)隨拉伸位移的變化規(guī)律如圖4所示，結(jié)果與圖2所示的一致，即在強(qiáng)化階段以前，σ(Hy)與拉伸位移之間沒有確定的變化規(guī)律；強(qiáng)化和頸縮階段，σ(Hy)隨拉伸位移的增加而增加，材料剛達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，σ(Hy)曲線存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)。強(qiáng)化階段磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ(Hy)與應(yīng)變ε的關(guān)系如圖5的數(shù)據(jù)點(diǎn)所示，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布情況及與典型曲線的對照，σ(Hy)與ε的模型仍然符合二次函數(shù)。因此，對工程中的非磁化工件，也可以采用σ(Hy)來判斷鐵磁性材料是否發(fā)生了塑性變形，并對塑性變形程度評估。
具體實(shí)施例方式
1、用于判斷鐵磁性材料是否發(fā)生屈服的磁學(xué)方法，具體步驟如下(1)對承載鐵磁構(gòu)件的法向磁場強(qiáng)度進(jìn)行定時(shí)多點(diǎn)檢測，求其平均值；(2)計(jì)算每一次檢測的法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，賦予該定義的相應(yīng)符合為σ(Hy)，做出標(biāo)準(zhǔn)差曲線；(3)當(dāng)法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，表明材料已經(jīng)發(fā)生了塑性變形。
2、預(yù)測材料的變形趨勢(1)對于加工磁化構(gòu)件(如平面磨削)，即已存在一定加工剩磁的鐵磁構(gòu)件，法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差減小，構(gòu)件變形隨之增大；(2)對于退磁或無明顯加工剩磁的構(gòu)件(如銑削)，法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差增加時(shí)，構(gòu)件變形隨之增大。
權(quán)利要求
1.用于判斷鐵磁性構(gòu)件材料是否發(fā)生塑性變形的磁學(xué)無損檢測方法，具體步驟如下(1)對承載鐵磁構(gòu)件的法向磁場強(qiáng)度進(jìn)行定時(shí)多點(diǎn)檢測，求其平均值；(2)計(jì)算每一次檢測的法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，賦予該定義的相應(yīng)符合為σ(Hy)，做出標(biāo)準(zhǔn)差曲線；(3)當(dāng)法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，表明材料已經(jīng)發(fā)生了塑性變形。
2.預(yù)測材料的變形趨勢(1)對于加工磁化構(gòu)件(如平面磨削)，即已存在一定剩磁的鐵磁構(gòu)件，法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差減小，構(gòu)件變形隨之增大；(2)對于退磁或無明顯加工剩磁的構(gòu)件(如銑削)，法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差增加時(shí)，構(gòu)件變形隨之增大。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵磁性材料是否發(fā)生塑性變形的磁學(xué)無損檢測方法。針對處于地磁場中的鐵磁性構(gòu)件，采用該方法能夠在應(yīng)力集中的早期階段(在破損發(fā)生之前)對鐵磁性構(gòu)件進(jìn)行有效的檢測，防止突發(fā)性事故的發(fā)生。對其法向磁場強(qiáng)度進(jìn)行定時(shí)多點(diǎn)檢測，求其均值；計(jì)算每一次檢測的法向磁場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，賦予該定義的相應(yīng)符合為σ(H
文檔編號G01R33/18GK101042427SQ20061000983
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者于鳳云, 張經(jīng)充 申請人:黑龍江科技學(xué)院