结构钢热损伤的巴氏磁参量表征及影响因素分析

摘要

依据材料磁性能与材料机械性能内在的耦合关系，研究结构钢热损伤程度的磁参数定量表征方法及相关问题，对结构件的寿命预测和可靠性评估具有重要的理论意义和工程实用价值。本文采用实验测试与理论计算相结合的分析方法，研究了巴克豪森磁参数(BN)的变化量与疲劳性能的相关性，并对影响磁参数的应力应变因素和微观组织因素进行了较全面的分析，得到了具有创造性的研究成果。 通过对激光烧伤试样的巴氏磁参量和疲劳寿命的对应测试，发现巴氏磁参量的比值BNr可以用来表征300M钢的热损伤程度，且BNr与疲劳寿命缩减度非线性相关，与疲劳强度缩减度近似线性相关。分析认为，热损伤造成的构件疲劳寿命降低，其机理归结为在损伤区附加了残余拉应力，同时，短时高温加热也造成构件表面局部材料组织的变化，使受热区域的力学性能降低。 系列热处理试验结果表明，材料组织或热处理状念对巴氏磁参量有一定影响，表现在高温回火组织的巴克豪森信号幅值对应力的变化最为敏感，低温回火组织和淬火组织最不敏感，而退火组织介于中间。在拉应力区相同的应力条件和测试条件下，高温回火组织能感应出相对最高的BN值，退火组织次之，低温回火组织和淬火组织最低。 四点弯曲静加载实验表明，当磁化方向与单轴应力变化方向平行时，巴克豪森信号幅值随扣应力的增加而增大，随压应力的增加而减小。同时，发现了巴克豪森信号强度与应力的逆相关现象，即在单轴应力变化的条件下，当磁化方向与单轴应力变化方向垂随时，巴克豪森信号强度随拉应力的增加反而减小的现象，提出了畴壁移动阻力与正应力非直接相关的论点。进而，提出了巴克豪森信号的强度与正应变相关的物理假设，该假设基本解释了单轴加载条件下各方向正应变与巴克豪森信号强度的变化规律趋于一致的物理现象。 综上研究结果，提出了巴氏磁参量直接与弹性应变能相关的物理模型，该模型能很好地解释巴克豪森信号强度不随加载应力变化的特征方位角存在的物理现象，也解释了残余应力对巴氏磁参量有较大影响的试验结果。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章文献综述

1.1前言

1.2结构钢热损伤检测与表征

1.2.1材料表面完整性

1.2.2热损伤的产生及对材料性能的影响

1.2.3国内外现有热损伤检测手段

1.2.4巴克豪森检测技术介绍

1.2.5巴克豪森检测设备

1.2.6影响巴克豪森效应的因素

1.2.7巴克豪森检测技术的应用状况

1.3研究内容及预期结果

1.3.1本文研究内容

1.3.2本文预期结果

第二章热损伤的实验模拟及相关试验工作

2.1引言

2.2热损伤疲劳试样制备

2.2.1材料的化学成分、力学性能

2.2.2实验试样的冷热加工

2.2.3激光烧伤实验及设备

2.3热损伤试样的巴氏磁参数测试

2.3.1磁参数测试设备

2.3.2测试过程及参数

2.4旋转弯曲疲劳实验

2.5热处理实验

2.6巴氏磁参量与应力的相关性实验

2.7 X射线残余应力分析

2.8本章小结

第三章巴氏磁参量对热损伤程度的表征

3.1引言

3.2基于疲劳寿命的热损伤程度的磁参数表征

3.2.1无热损伤试样的S～N曲线

3.2.2不同热损伤程度试样的S～N曲线

3.2.3巴氏磁参数与疲劳寿命相关性分析

3.3热损伤构件疲劳强度的预测

3.3.1磁参量比值对试样疲劳寿命缩减度的表征

3.3.2磁参量比值对试样疲劳强度缩减度的表征

3.4本章小结

第四章巴氏磁参量与正应力和组织的相关性

4.1引言

4.2磁参量与正应力相关性的试验结果

4.3残余应力对试验结果的修正

4.4磁参量比值与正应力的相关性

4.5磁参量与材料组织的相关性分析

4.6本章小结

第五章巴氏磁参量与正应力的逆相关现象

5.1引言

5.2四点弯曲应力场变化

5.3 X射线残余应力分析结果

5.4巴氏磁参量与应力的逆相关现象

5.5本章小结

第六章逆相关现象的应力应变分析

6.1引言

6.2四点弯曲试样表面切应力场

6.3表面切应力场随σxx的变化率

6.4四点弯曲试样表面正应变场

6.5正应变场随加载应力的变化率

6.6四点弯曲切应变场

6.7切应变场随加载应力的变化规律

6.8本章小结

第七章逆相关现象的弹性应变能分析

7.1引言

7.2四点弯曲试样表面弹性应变能

7.3弹性应变能随加载应力的变化率

7.4无残余应力时弹性应变能随加载应力的变化率

7.5有残余应力时弹性应变能随σxx的变化率

7.6本章小结

结论

参考文献

发表论文情况

致谢