16Mn鋼中殘余應力的磁聲發射效應

鐵磁材料磁化過程中因磁疇的不可逆運動產生巴克豪森效應和磁致伸縮現象,形成磁聲發射(MAE).Ono等人研究了鐵磁材料的磁聲發射行為,初步建立了磁聲發射的理論模型,為磁聲發射的進一步研究奠定了基礎.由于磁聲發射應力的敏感性,從而開拓了磁聲發射技術在應力測量方面的應用前景.
無損檢測殘余應力以X射法應用最廣,由于它穿透層深度太淺(僅10數量級),只能測極薄表面的殘余應力,并且設備也較昂貴,鑒此,我們利用MAE測定了16Mn鋼焊接板的表面殘余應力分布,得到了和盲孔法測定基本一致的結果.
1 實驗條件
1.1實驗裝置
使用的聲發射儀是沈陽電子所生產的SF-02A型,拉伸試驗系在國產WJ-10型萬能材料試驗機上進行.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度關系為:
單位,磁化強度的單位則為KA.m
1.2實驗過程
首先將50HZ的交流電經變壓器加到磁化器線圈上,線圈產生一交普磁場院,使試樣磁化,產生磁聲發射信號,此信號經諧振頻率為120KH的PZJ-5型壓電晶估轉換為電信號,然后經增益為40dB的前置放大器放大后進入聲發射儀,通過濾波、主放（倍率可調范圍1~59dB）、信號處理后輸至X-Y函數記錄儀（也可經過主放后直接輸出給磁帶記錄儀，通過信號處理后，打印出分析結果），用計算機處理數據，對于確定裂紋位置，定區分析以排除噪聲.
1.3試驗材料
16Mn鋼化學成分為: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頸的板材試樣，尺寸為232mmx30mmx4.5mm，中部細頸段寬為16mm。
2 實驗結果與分析
2.1磁聲發射的基本規律
當試樣拉伸時,磁疇壁的運動受到了應力的阻礙而弱,如圖1所示,16Mn鋼在軋制狀態下拉伸時,應力c越大,磁聲發射幅值越低.圖1中,EN為能量計數率,即反映MAE;為位移在試驗中,利用振鈴計數率與應力的關系,研究16Mn鋼中MAE的精細結構(圖2),發現有如下規律,當H=7KA.時,振鈴計數率RN與應變曲線在很小時出現一個最大值,然后隨增加而下降;當H=3.5KA時,曲線在RN隨增加而線性下降.
在實際拉伸過程中,應考慮應力在一定范圍內還可激發聲發射,當應力較小時,磁聲發射強度值隨應力增加而上升;達一定值后,磁聲發射強度值隨應力增加而降低.
根據理論分析,我們提出MAE幅值公式,式中為應力;H。為外磁場；第5項為應力激發產生的磁聲發射效應；是應力使疇壁移動或磁化矢量轉動時，在體積內所造成的非彈性應變。用（1）式可解釋圖2中出現的現象
a.當磁場強度較小時,不管應力何值,總有,即第5項貢獻很小,當磁場強度較大時,如果應力較小,則有此時應力所激發的磁聲發射效應較顯著;只有當應力超過某一值時,才有MAE彈性應力波屬于連續波函當數,對其進行自功率譜密分析,可反映應力波的能量變化情況,自功率譜密度(PSD)定義為,時刻頻率為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鋼拉伸時的自功率譜線(見圖3)也可看出,拉伸初期,G值也出現一個峰值,然后降低,這與圖2中MAE曲線1有很好的對應.
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,當線圈較小或磁場更集中時,可能測得更準確的值.我們已能將磁場的有效區集中在以內,對一般試件測量能達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,以盲孔法為準則時,誤差小于20%,這與盲孔法測量精度也有很大的關系.
c.測量方法比較簡便,不損壞工作;標定方法有待進一步探討,壓應力和拉應力與聲發射強度的標定曲線應分開.應用數學公式計算應力有利于測量自動化,是值得推廣的方法.

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