一种铁磁材料主塑性变形定向及定量磁检测方法

摘要

本发明属于无损检测技术领域，特别涉及一种基于塑变磁各向异性现象的主塑性变形定向、定量磁检方法；本发明基于塑性变形加剧了铁磁材料内的磁各向异性物理现象；随着主塑性应变ε1的增加，铁磁材料晶粒尺寸在主变形方向增加、在主变形垂直方向减小，使得沿着主变形方向磁化时磁化区域内穿过的晶界数减小、主变形垂直方向磁化区域内穿过的晶界数增多，从而表现为沿着不同方向磁化时磁化特征参数的各向异性，且这种各向异性随着主塑变的增大而增大；本发明利用铁磁材料塑变磁各向异性现象，具有可在线、在役检测，检测装置简单，检测过程快捷等优点，可广泛应用于机械装备关键铁磁构件中塑性变形的定向、定量无损检测中。

说明书

技术领域：

本发明属于无损检测技术领域，特别涉及一种基于塑变磁各向异性现象的主塑性变形定向、定量磁检方法。

技术背景：

铁磁材料以其优良的力学性能被广泛应用于大型、重型、特种设备关键零部件制造中。材料中宏观裂纹出现前的塑性变形定量检测技术对保障设备运行安全、评定设备寿命、降低设备维护成本等至关重要。现有的铁磁材料塑性变形无损定量检测技术中，文献中报道比较多的有巴克豪森磁噪声检测方法和B-H磁曲线检测方法。由于巴克豪森磁噪声检测信号的强弱受材料应力、金相组织、热处理及冷加工过程等多因素影响，其对铁磁材料塑性变形的定量检测应用尚还不成熟。关于铁磁材料塑性变形的B-H磁曲线检测方法，研究发现铁磁材料B-H磁曲线中的矫顽磁力与塑变位错密度存在确定关系，可作为对铁磁材料塑性变形的定量检测特征参数。但本人在实验中发现，同种材料的矫顽磁力与塑变的关系却受到磁化方向与主塑变方向夹角的影响。也就是，随着磁化方向与主塑变方向夹角的不同，矫顽磁力与塑变位错密度的关系发生变化。

发明内容：

本发明一种铁磁材料主塑性变形定向及定量磁检测方法的发明目的：在已公开的塑性变形量无损检测方法的基础上进行技术改进，提供一种基于塑变磁各向异性现象的主塑性变形定向及定量磁检测方法。

本发明基于塑性变形加剧了铁磁材料内的磁各向异性物理现象；随着主塑性应变ε₁的增加，铁磁材料晶粒尺寸在主变形方向增加、在主变形垂直方向减小，使得沿着主变形方向磁化时磁化区域内穿过的晶界数减小、主变形垂直方向磁化区域内穿过的晶界数增多，从而表现为沿着不同方向磁化时磁化特征参数的各向异性，且这种各向异性随着主塑变的增大而增大，以此作为本发明方法提出的物理基础。

基于塑变磁各向异性现象的铁磁材料主塑性变形检测方法，包括标定阶段和实测阶段；

标定阶段用于建立待测材料主塑变ε₁与主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90、主塑变方向与主塑变垂直方向矫顽磁力的差值H_C0-H_C90的关联数学模型，其包括以下步骤：

1-1)对待测材料进行切割，制作标准拉伸试件；

1-2)对待测材料试件进行塑性阶段的单向拉伸，同时测量其主塑性变形量；

1-3)以预定频率和最大强度的激发磁场H对试件分别进行主应变方向、主应变垂直方向磁化，并测量该两方向的不饱和B-H磁滞回线；

1-4)提取试件主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90；

1-5)重复步骤2至步骤4，并改变步骤2中主塑性变形量；

1-6)根据上述步骤获得的数据，建立待测材料主塑变ε₁与主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90、主塑变方向与主塑变垂直方向矫顽磁力的差值H_C0-H_C90的关联模型。

实测阶段依据已建立的待测材料主塑变ε₁与主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90、主塑变方向与主塑变垂直方向矫顽磁力的差值H_C0-H_C90的关联模型，对待测构件主塑性应变进行定向、定量测量，包括以下步骤：

2-1)以与标定阶段相同的磁场H对待测构件进行测量区域内不同方向的磁化，并测量其不饱和B-H磁滞回线，读取其矫顽磁力；

2-2)在2-1步骤基础上进行对比，确定矫顽磁力最小的方向设为主塑性应变方向；

2-3)测定待测构件主塑性应变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90；

2-4)对照标定阶段步骤1-6建立的ε₁与H_C0、H_C90和H_C0-H_C90关联模型，根据2-3测定值H_C0、H_C90，获得待测构件主塑性变形量ε₁。

本发明基于塑变磁各向异性现象的铁磁材料主塑性变形检测方法的有益效果：利用铁磁材料塑变磁各向异性现象，提供了一种可以定向定量无损检测构件塑性应变的方法，具有可在线、在役检测，检测装置简单，检测过程快捷等优点，可广泛应用于机械装备关键铁磁构件中塑性变形的定向、定量无损检测中。

附图说明：

图1为本发明一种铁磁材料主塑性变形定向及定量磁检测方法物理原理示意图；

图2为本发明一种铁磁材料主塑性变形定向及定量磁检测方法实施例流程图；

具体实施方式：

一种铁磁材料主塑性变形定向及定量磁检测方法分为两个阶段：标定阶段和实测阶段。

一、标定阶段：

1、对待测材料进行切割，制作标准拉伸试件；

2、对待测材料试件进行塑性阶段的单向拉伸，同时测量其主塑性变形量；

3、以预定频率和最大强度的激发磁场H对试件分别进行主应变方向、主应变垂直方向磁化，同时测量该两方向的不饱和B-H磁滞回线；

4、提取试件主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90；

5、改变塑性变形量，重复以上步骤2-4，得到不同塑性应变所对应的H_C0和H_C90。以以上数据为基础，建立待测材料主塑变ε₁与主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90、主塑变方向与主塑变垂直方向矫顽磁力的差值H_C0-H_C90的关联模型。

二、实测阶段：

1、以与标定阶段相同的磁场H对待测构件进行测量区域内不同方向的磁化，并测量其不饱和B-H磁滞回线，读取其矫顽磁力。

2、以矫顽磁力最小的方向为主塑性应变方向；

3、测定该构件主塑变方向矫顽磁力H_C0、主塑变垂直方向上矫顽磁力H_C90；

4、依据已建立的ε₁与H_C0、H_C90和H_C0-H_C90的关联模型，根据3步得到的H_C0，H_C90，比对出待测构件主塑性变形量ε₁。

实测阶段步骤2与步骤4即为测得结果。