铁磁试件应力磁化过程中的磁化反转效应

第22卷第12期2010年12月

钢铁研究学报

Vol.22,No.12December2010

JournalofIronandSteelResearch

铁磁试件应力磁化过程中的磁化反转效应

任尚坤, 周 莉, 付任珍

(南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063)

摘 要:在反复加载-卸载条件下,测量了35号冷轧钢试件在不同的最大拉应力作用下试件表面某确定点漏磁场随拉应力的对应关系,并进行了讨论和分析。建立了两种应力磁效应的数学模型,即应力磁化反转效应的应力等效磁场模型和应力磁化反转效应的磁导率模型。理论模型都能很好地反映应力磁化耦合的反转现象,和试验数据基本一致。理论模型的建立进一步证明了金属磁记忆定量检测的可能性。关键词:金属磁记忆检测;无损检测;力 磁效应

中图分类号:TG115 28 文献标志码:A 文章编号:1001 0963(2010)12 0048 05

MagnetizingReversionEffectofFerromagneticSpecimensin

ProcessofStress Magnetizing

RENShang kun, ZHOULi, FURen zhen

[KeyLaboratoryofNondestructiveTesting(MinistryofEducation),NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,Jiangxi,China)

Abstract:Circletensilestresswasappliedtoferromagneticsampleundergeomagneticfield.Therelationsofsurfaceleakmagneticfieldandstressindifferentmaximumstress maxatcertainpointfor35coldrollingsteelweremeasured.Experimentresultsontherelationbetweensurfacemagneticfieldandelasticstresswerepresentedanddiscussed.Therelationofmaterialpermeabilityversusstresswasbroughtforwardwhichwasreconciledwiththeexperimen talresults.Thetheoreticmodeloftress magnetismeffectwasderived.Itisconformedthatmetalmagneticmemo rytesttechnologytobeusedasquantitativemeasurementandevaluatingsafetyforferromagneticitemsisfeasible.Keywords:metalmagneticmemorytest;non destructivetest;stress magnetismeffect

金属磁记忆检测方法作为一门新兴的无损检测技术,是基于应力磁化耦合效应,通过对漏磁场的检测对构件的应力集中部位以及微观缺陷进行评价,受到了国内外学者的高度关注[1]。应力磁化耦合效应是一古老而又未得到完全解释的物理效应,由于在检测技术中具有极高的应用价值,日益引起人们的研究兴趣[2]。目前对应力磁化耦合效应的机理研究还没有形成共识和系统理论,对应力磁化效应的基本规律及机理的理解还处于探索之中[3]。应力磁化效应规律的本质是应力引起试件的磁化规律,即试件的磁化强度随应力的变化关系。主要研究在地磁场作用下单轴作用的拉应力引起的漏磁场分布规

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51065024)

律。笔者试图探索铁磁试件应力磁化过程中的磁化反转效应,研究金属磁记忆定量检测中的基础理论问题。应力磁效应的本质是应力诱导的铁磁材料的磁化现象,即材料磁化强度随应力的变化规律。但是在实际试件的测试中,对磁化强度的测定非常困难,笔者是通过测定试件上某确定点的漏磁场的变化规律来反映磁化强度的变化特征。

1 试验方法与试验结果

1 1 试验方法

采用WDW E100D型电子程控试验机在室温条件下对35号冷轧钢试件进行等速率加载试验,加

作者简介:任尚坤(1963 ),男,博士,教授; E mail:renshangkun@; 收稿日期:2010 05 12

第12期 任尚坤等:铁磁试件应力磁化过程中的磁化反转效应

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载速率为0 2mm/min,磁场数据采集系统为Lake Shore421高斯计。在试件某确定点测量试件磁化所产生的漏磁场。漏磁场的变化规律即能反映试件由于应力的作用产生的磁化强度的变化规律。

图1为35号冷轧钢试件外形图,在测试前对试件进行了去应力退火。在测试过程中,试件竖直放置,在不同的拉应力作用下在线测定试件确定点(上测量点M或下测量点N)处的法向磁感应强度B,该处B随拉应力的变化规律即反映了试件的磁化强度随应力的变化关系。M和N点距中心O的距离都为40mm。35号冷轧钢试件的拉伸曲线表明,屈服强度在590MPa处,抗拉强度在743MPa处。 试验时,在不同的最大拉应力作用下,经反复两次加载 卸载后,使试件处于稳定的磁化状态,测定试件的磁化状态随拉应力的变化关系,研究应力对试件磁化状态的影响。1 2 试验结果

图2是35号冷轧钢试件在最大作用力为255MPa作用下,在上测量点M处测得的漏磁场与应力的关系曲线,近似为直线。方块点连线表示加载过程,圆点连线表示卸载过程。试验表明,当最大拉应力为496MPa,在上测量点M处的磁感应强度与应力的关系曲线与图2

相似。可见在最大作用应

力小于496MPa时,应力处于试件的弹性范围内,应力与磁化成正比,没有表现出应力磁化反转现象。 当最大作用拉力进一步加大达到535MPa时,将表现出明显的磁化反转效应。图3为35号钢试件在535MPa应力作用下漏磁场与应力的关系曲线。试验表明,当最大拉应力增加到611MPa时,磁感应强度与应力的关系曲线与图3相似。 从图3可以看出,磁感应强度随应力的变化关系变为了折线,表现出了应力磁化的反转效应。加载过程曲线的极值点在178MPa处,卸载过程曲线的极值点在127MPa处。

随着最大拉应力的进一步增加,漏磁场随应力变化曲线的极值点由较低应力处移到较高应力处。图4是35号冷轧钢试件在反复加载过程中,最大拉应力为637MPa时漏磁场与拉应力的关系曲线。可以看出,加载与卸载曲线的极值点都处于382MPa附近。试验表明,当最大作用应力达到662MPa

时表

图3 试件漏磁场与拉应力的关系( max=535MPa)Fig 3 LeakagemagneticfieldBasafunctionof

图1 35号冷轧钢试件外形图(mm)Fig 1 Theoutsideviewofspecimenfor35

steel

stress( maxis535M

Pa)

图2 试件漏磁场与拉应力的关系( max=255MPa)Fig 2 LeakagemagneticfieldBasafunctionof

stresswhen maxwas255MPa

图4 试件漏磁场与拉应力的关系( max=637MPa)Fig 4 Leakagemagneticfieldversus ( maxis637MPa)

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钢 铁 研 究 学 报 第22卷

现出与图4相同的规律。可见,应力磁化反转的位置移动具有跳跃式的性质。

图5是35号冷轧钢在700MPa最大应力反复加载作用下,磁感应强度随应力的变化曲线,曲线极值点位置在458MPa,最大拉应力已接近抗拉强度743MPa。图5是从第3次加载试验开始,记录了反复加载卸载4个过程的磁感应强度随应力的关系数据,图中B、C、D、E依次表示加载和卸载的反复过程。同时,试验表明,从上测量点M处和下测量点N处测得的数据在B

坐标中是对称的。

性质大为不同。晶粒内原子的位错滑移塑性变形和材料硬化将产生应力磁化中的反转效应。

图2的曲线表现为硬化前状态,没有发生原子的不可逆位移和塑性变形,磁性随拉应力的增加而上升,没有发生磁化反转效应。图3曲线的前半部分表示塑性变形影响区域的状态,在此区域由于拉应力抵消了非均匀塑性变形储存的弹性能,磁性随拉应力的增加而下降。随着拉应力的增加(超过曲线的极值点),进入材料的均匀弹性变形区,磁性随应力的进一步增加而上升。曲线的极值点会随着原子位错滑移和材料硬化的增强 …… 此处隐藏：3320字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……