16Mn鋼中殘余應(yīng)力的磁聲發(fā)射效應(yīng)

鐵磁材料磁化過程中因磁疇的不可逆運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生巴克豪森效應(yīng)和磁致伸縮現(xiàn)象,形成磁聲發(fā)射(MAE).Ono等人研究了鐵磁材料的磁聲發(fā)射行為,初步建立了磁聲發(fā)射的理論模型,為磁聲發(fā)射的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ).由于磁聲發(fā)射應(yīng)力的敏感性,從而開拓了磁聲發(fā)射技術(shù)在應(yīng)力測量方面的應(yīng)用前景.
無損檢測殘余應(yīng)力以X射法應(yīng)用最廣,由于它穿透層深度太淺(僅10數(shù)量級),只能測極薄表面的殘余應(yīng)力,并且設(shè)備也較昂貴,鑒此,我們利用MAE測定了16Mn鋼焊接板的表面殘余應(yīng)力分布,得到了和盲孔法測定基本一致的結(jié)果.
1 實(shí)驗(yàn)條件
1.1實(shí)驗(yàn)裝置
使用的聲發(fā)射儀是沈陽電子所生產(chǎn)的SF-02A型,拉伸試驗(yàn)系在國產(chǎn)WJ-10型萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行.磁化器使用自制的U型線圈,中間有矽鋼片鐵心,磁化電壓與磁場院強(qiáng)度關(guān)系為:
單位,磁化強(qiáng)度的單位則為KA.m
1.2實(shí)驗(yàn)過程
首先將50HZ的交流電經(jīng)變壓器加到磁化器線圈上,線圈產(chǎn)生一交普磁場院,使試樣磁化,產(chǎn)生磁聲發(fā)射信號,此信號經(jīng)諧振頻率為120KH的PZJ-5型壓電晶估轉(zhuǎn)換為電信號,然后經(jīng)增益為40dB的前置放大器放大后進(jìn)入聲發(fā)射儀,通過濾波、主放（倍率可調(diào)范圍1~59dB）、信號處理后輸至X-Y函數(shù)記錄儀（也可經(jīng)過主放后直接輸出給磁帶記錄儀，通過信號處理后，打印出分析結(jié)果），用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，對于確定裂紋位置，定區(qū)分析以排除噪聲.
1.3試驗(yàn)材料
16Mn鋼化學(xué)成分為:0.17%C,0.27%Si,1.36%Mn,0.028%S,0.016%P，其余為Fe.
材料經(jīng)退火后組織為鐵素體、珠光體和MnS夾雜。拉伸試樣開頭為中間有細(xì)頸的板材試樣，尺寸為232mmx30mmx4.5mm，中部細(xì)頸段寬為16mm。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1磁聲發(fā)射的基本規(guī)律
當(dāng)試樣拉伸時(shí),磁疇壁的運(yùn)動(dòng)受到了應(yīng)力的阻礙而弱,如圖1所示,16Mn鋼在軋制狀態(tài)下拉伸時(shí),應(yīng)力c越大,磁聲發(fā)射幅值越低.圖1中,EN為能量計(jì)數(shù)率,即反映MAE;為位移在試驗(yàn)中,利用振鈴計(jì)數(shù)率與應(yīng)力的關(guān)系,研究16Mn鋼中MAE的精細(xì)結(jié)構(gòu)(圖2),發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律,當(dāng)H=7KA.時(shí),振鈴計(jì)數(shù)率RN與應(yīng)變曲線在很小時(shí)出現(xiàn)一個(gè)最大值,然后隨增加而下降;當(dāng)H=3.5KA時(shí),曲線在RN隨增加而線性下降.
在實(shí)際拉伸過程中,應(yīng)考慮應(yīng)力在一定范圍內(nèi)還可激發(fā)聲發(fā)射,當(dāng)應(yīng)力較小時(shí),磁聲發(fā)射強(qiáng)度值隨應(yīng)力增加而上升;達(dá)一定值后,磁聲發(fā)射強(qiáng)度值隨應(yīng)力增加而降低.
根據(jù)理論分析,我們提出MAE幅值公式,式中為應(yīng)力;H。為外磁場；第5項(xiàng)為應(yīng)力激發(fā)產(chǎn)生的磁聲發(fā)射效應(yīng)；是應(yīng)力使疇壁移動(dòng)或磁化矢量轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在體積內(nèi)所造成的非彈性應(yīng)變。用（1）式可解釋圖2中出現(xiàn)的現(xiàn)象
a.當(dāng)磁場強(qiáng)度較小時(shí),不管應(yīng)力何值,總有,即第5項(xiàng)貢獻(xiàn)很小,當(dāng)磁場強(qiáng)度較大時(shí),如果應(yīng)力較小,則有此時(shí)應(yīng)力所激發(fā)的磁聲發(fā)射效應(yīng)較顯著;只有當(dāng)應(yīng)力超過某一值時(shí),才有MAE彈性應(yīng)力波屬于連續(xù)波函當(dāng)數(shù),對其進(jìn)行自功率譜密分析,可反映應(yīng)力波的能量變化情況,自功率譜密度(PSD)定義為,時(shí)刻頻率為f的MAE信號幅值平方的平均值,即濾波器輸出值平方的平均.
從16Mn鋼拉伸時(shí)的自功率譜線(見圖3)也可看出,拉伸初期,G值也出現(xiàn)一個(gè)峰值,然后降低,這與圖2中MAE曲線1有很好的對應(yīng).
式的變化,則為壓力.
3精度分析
a.由于磁力線的封閉趨勢,使磁化僅限于局部,當(dāng)線圈較小或磁場更集中時(shí),可能測得更準(zhǔn)確的值.我們已能將磁場的有效區(qū)集中在以內(nèi),對一般試件測量能達(dá)到比較精度的程度了.
b.本文所測量的值還是半定量的,精度不太高,以盲孔法為準(zhǔn)則時(shí),誤差小于20%,這與盲孔法測量精度也有很大的關(guān)系.
c.測量方法比較簡便,不損壞工作;標(biāo)定方法有待進(jìn)一步探討,壓應(yīng)力和拉應(yīng)力與聲發(fā)射強(qiáng)度的標(biāo)定曲線應(yīng)分開.應(yīng)用數(shù)學(xué)公式計(jì)算應(yīng)力有利于測量自動(dòng)化,是值得推廣的方法.

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