铁磁试件基于金属磁记忆的力-磁效应研究

摘要

金属磁记忆检测技术可以对材料应力集中区域进行有效检测，可用于对材料进行早期诊断防止“服役”过程中出现事故。本课题结合基础材料、物理学和金属磁记忆的相关理论，采用了仿真模拟及试验研究的方式，对铁磁试件基于金属磁记忆的力-磁效应进行了探索研究。
　　在对20＃钢的仿真模拟中，验证了金属磁记忆检测技术在切向分量Hp(x)和法向分量Hp(y)上均可检测出试件在不同拉力作用下的应力集中程度，处理分量数据，通过李萨如图面积来定量判断材料拉伸所处阶段。对金属磁记忆检测技术定量化提供依据。
　　在对不同缺口的20#钢疲劳试验研究中，发现金属磁记忆检测技术可以对不同缺口的材料应力集中区域进行有效的检测；磁记忆信号特征参量与裂纹在扩展的阶段相互对应，用磁记忆信号特征参量来表征材料的裂纹扩展程度，特征量｜Hp(y)｜avg和损伤参量D之间的存在一定关系，可以用磁记忆信号特征量来表征材料疲劳过程中的损伤程度。
　　在对Q235低碳钢的扭转磁化反转试验中，发现当扭矩T在达到或超过了屈服扭矩（39.98 N·m）之后，磁感应强度B在扭矩T作用下存在着明显的磁化反转效应；通过分析在不同阶段漏磁场强度变化的最大值△Bmax与扭距T的变化所对应的规律和特征，可用最大值△Bmax与扭距T的变化关系来预测试件扭转所处的受力阶段。扭转的磁化反转试验对扭转过程中的力-磁关系做出了简单的评价，为后续的金属磁记忆方法在扭转试验分析中做了铺垫。
　　在针对20#钢、45#钢和Q235三种不同类型的钢拉伸试验研究中，发现三种钢在拉伸情况下，磁感应强度B与硬度变化趋势都是一致的，同钢的种类无关；在塑性变形阶段，检测到磁感应强度B是逐渐减小，而硬度是逐渐增大，两者变化趋势相反。材料的硬度与磁感应强度B的关系密切，硬度可以作为金属磁记忆的力-磁关系的纽带，后续的力-磁试验可以以此作为切入点。