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基于矫顽力的无损评估技术在碳钢热处理质量预评定中的应用

作者:山东义矩检验检测技术有限公司 浏览: 发表时间:2020-12-25 15:57:15

常规的热处理质量评定方法有金相检验和力学性能试验,需要对材料进行切割、抛光等破坏性加工,效率低下,且抽样检验的方法不适用于质量要求严格、需逐个检验的工件。为了更好地节约钢铁材料热处理质量检验的时间和成本,引入无损检测技术的需求越常规的热处理质量评定方法有金相检验和力学性能试验,需要对材料进行切割、抛光等破坏性加工,效率低下,且抽样检验的方法不适用于质量要求严格、需逐个检验的工件。为了更好地节约钢铁材料热处理质量检验的时间和成本,引入无损检测技术的需求越来越大。来越大。


利用磁性方法进行无损检测可直接得到材料的磁性能参数(矫顽力Hc、剩磁Br、磁滞损耗和饱和磁化强度Ms等,其中矫顽力是描述材料磁滞特性的典型参数,源于磁畴壁运动的不可逆性)与材料性能的关系,已广泛应用于钢和铸铁工件的检验中。


虽然通过监测钢铁材料的磁性参数可以对钢铁材料的晶粒尺寸、相含量、热处理条件和力学性能等进行评价,但多种冶金因素都有可能影响材料的磁性能和力学性能,因此需要进行深入研究,以便在实际情况下更好地应用这些技术。研究各种磁性能参数与力学性能之间的定量关系,既有助于热处理质量的精确控制,也有助于磁性无损检测技术在钢铁性能评估中的应用。


基于矫顽力的无损评估技术

铁磁性材料可通过外部施加的时变电磁场进行磁化,从而发生畴壁位移和磁畴转动,该过程可利用磁滞回线表示。磁滞特性取决于材料内部的微观结构,磁畴壁在运动过程中必须克服各种微结构障碍,这是出现磁滞行为的本质原因。基于磁滞行为与微观结构、残余应力、局部缺陷间的相互关系可开发出磁滞无损评估技术,用于评估材料微观结构和缺陷密度变化导致的相应力学性能的变化,从而表征材料的固有特性。

 

由图1可知,磁感应强度B和磁场强度H具有非单值性,同时B-H曲线还具有非线性及饱和性。


根据经典的直流磁化和循环理论,铁磁性材料的矫顽力是由阻止磁畴边界不可逆位移的平均力决定的,微结构障碍可能是夹杂物、位错、残余应力、晶界以及其他晶格不均匀性和缺陷。当晶体内部夹杂物的钉扎效应起主要作用时,矫顽力可由下式表示:

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式中:Hc1为小尺寸夹杂物引起的矫顽力;Hc2为大尺寸夹杂物引起的矫顽力;din为夹杂物的平均直径;Lz为磁畴体的当量长度;ρin为体积密度;δ180为夹杂物的厚度;Sδ为夹杂物的面积;γ180为180°磁畴壁单位面积的表面能;Ms为饱和磁化强度;μ0为常数。当晶体内部位错引起的应力起主要作用时,矫顽力可表示为:

3.png

式中:r为位错密度;G为弹性模量;μ为泊松比;b为Burgers参量;λs为饱和磁致伸缩量。


由以上公式可知,矫顽力对微观结构和化学成分非常敏感,在很多情况下,其与力学性能也有很好的相关性,而且不受尺寸和提离效应的影响。


钢铁材料经过热处理后,组织结构发生变化,矫顽力也随之变化,因此可通过测定热处理前后钢铁件的矫顽力来表征其微观结构和性能变化。


山东义矩检验检测技术有限公司是专业提供无损检测技术和检测方案的取得国家质监总局核准证的检测机构,欢迎致电咨询联系!

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