金属磁记忆技术用于去应力退火评估的可行性研究作者：罗龙清鞠伟于润桥王少军来源：《科技创新导报》2011年第13期摘要:本文基于磁致伸缩效应的新型的金属磁记忆无损检测技术,利用金属磁记忆信号与应力大小严格的对应关系,对金属磁记忆检测技术用于去应力退火进行评估进行可行性研究。通过研究分析发现,金属磁记忆信号与45#钢的去应力退火程度有一致的单调性,通过检测金属磁记忆信号磁场的强度,可实现对去应力退火工艺的评估。关键词:金属磁记忆去应力退火评估中图分类号:TG441.8文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0007-02引言一般情况下,铸件、锻件、焊接件、经冷冲压等机械加工后的试件存在较大的残余应力,残余内应力的存在会降低尺寸稳定性,导致淬火变形开裂,降低焊缝处金属的承载能力,因此,为了提高试件的机械加工性能和使用性能,往往都要去应力退火。去应力退火后关于去应力程度及退火工艺的评估一般通过测量残余应力的大小来实现,测量残余内应力的传统方法有应力释放法、X射线法、超声波法和深层应力分布法等,这些传统方法可以很好的实现残余应力测量,但有一些明显的缺陷,如应力释放法属于有损方法,X射线工艺和操作复杂、成本高,超声波法需要耦合剂等,在此背景下,本文提出用金属磁记忆检测技术实现对退火去应力程度进行评估[1]。20世纪90年代,俄罗斯的杜波夫教授提出金属磁记忆无损检测技术,这种全新的无损检测技术,由于其检测方法简便快捷以及至今为止唯一一种可对铁磁性材料进行早期诊断的无损检测新技术,一经提出,便受到国内外众多学者的高度关注和研究,其原理是基于铁磁构件在受到工作载荷和地磁场的共同作用下,在应力和变形集中区发生磁致伸缩性质的磁畴组织定向的、不可逆的重新取向[2]。铁磁性材料磁场强度与机械应力(或残余应力)有直接的联系,这种磁机械效应使得铁磁性构件的应力集中区磁场增强,“”增强的磁信号也就相应的记忆了应力集中位置,并且磁场强度随着应力的增大而增强[3-7]。本文就是基于这一原理,根据磁场强度与应力的关系,研究磁场与去应力退火的去应力状况关系,研究表明,用磁记忆方法评估去应力退火的工艺状况是可行的。1实验原理1.1焊后去应力退火的机理金属材料的屈服强度一般随着温度的升高而下降。当一块存在较大残余应力的钢铁构件被加热,温度升高时,其屈服强度会降低,当屈服强度小于残余应力时,材料内部组织就会发生屈服,释放应力,直到残余应力与屈服强度达到平衡,去应力退火正是基于这一原理。残余应力的去除程度,取决于退火的最大温度与保温时间,保证保温时间充足的情况下,温度越大,应力去除越彻底,但也不能太高,以免发生金属相组织结构变化,一般低于Ac1线以下100℃到200℃[8]。1.2磁记忆检测原理和准则机械应力以及材料组织本身的不均匀性导致材料磁导率分布的不均匀性,因此,处在地磁环境作用下的铁磁性材料会产生漏磁场,漏磁场的大小取决于磁导率的分布不均匀程度[9]。应力的大小决定磁导率的差异状况,磁导率的差异程度决定漏磁场信号大小,金属磁记忆技术就是通过检测漏磁场信号来评估材料受力情况及组织结构,这也是本文实验的理论依据。磁导率与应力的关系研究一般在变化的机械应力场中进行,经过多年的研究和实验,积累了大量的实验数据之后,俄罗斯动力诊断公司提出以下关系式:(1)式中为铁磁材料加载后的磁导率,为无应力时的初始磁导率,为与材料本身性质相关的常数,,,,为系数,与应力的加载方向与大小有关。2去应力退火工艺参数的设计本实验采用工业中广泛使用的45#钢,加工成长120mm、宽30mm、厚5mm的矩形试样,经过线切割加工,具有较大的残余应力,采用300度装炉,加热到400-650,℃保温2～4h后随炉冷至200-300℃,出炉后采用自然冷却至室温的方法。2.1保温温度退火保温温度是影响区应力效果的最重要的因素。温度过低,工件不可能在较短的时间内完成局部应力松弛的塑性变形;温度过高,不仅会使工件的力学性能破坏,还会产生较大的弯曲形变,甚至相变。消除应力处理的加热温度根据材料不同而不同,一般将工件加热到Ac1以下100～200℃。2.2保温时间去除机械加工工件的残余应力,不仅要达到一定的温度,还要保证足够的时间提供给局部塑性变形和应力...