基于疲勞累積損傷的磁記憶效應(yīng)及工程應(yīng)用研究.pdf

1、本研究來源于國(guó)家“十一·五”科技支撐計(jì)劃課題的子課題，圍繞“高周疲勞過程中的磁記憶信號(hào)特征”的核心問題，采用金屬磁記憶檢測(cè)方法進(jìn)行三種常用鐵磁性金屬材料(Q235、16MnR和20g)靜載拉伸和高周疲勞過程中的磁記憶信號(hào)及微觀金相特征的研究，對(duì)金屬磁記憶檢測(cè)方法的實(shí)際工程應(yīng)用提供了基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文涉及兩個(gè)關(guān)鍵性問題：一是靜載拉伸過程中金屬磁記憶信號(hào)隨塑性變形程度的變化規(guī)律、宏觀磁記憶信號(hào)與微觀金相組織變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系問題；另一問題是高

2、周疲勞過程中金屬磁記憶信號(hào)隨疲勞周次及微觀缺陷產(chǎn)生的變化規(guī)律、磁信號(hào)與微觀缺陷的對(duì)應(yīng)關(guān)系問題。目前對(duì)于金屬磁記憶檢測(cè)方法的機(jī)理、疲勞過程中的磁信號(hào)分布規(guī)律以及宏觀磁記憶信號(hào)與微觀金相組織變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究還很不完善。針對(duì)這兩個(gè)問題，本文做了靜載拉伸及高周疲勞兩個(gè)方面的基礎(chǔ)性研究。 本研究圍繞高周疲勞以及靜載拉伸過程中金屬材料磁記憶信號(hào)特征的變化，力求從宏觀、微觀兩個(gè)層面上得到磁信號(hào)變化與拉伸和疲勞過程的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明：①金

3、屬材料表征的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著試樣變形不均勻而產(chǎn)生不均勻的變化，與測(cè)量環(huán)境中的磁場(chǎng)基本無關(guān)，與疲勞及反復(fù)加卸載無關(guān)。②材料出現(xiàn)應(yīng)力集中早期缺陷時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度Hp發(fā)生下凹變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)數(shù)dHp/dx呈現(xiàn)較大升高，不同材料存在不同的臨界極限值導(dǎo)數(shù)值。③疲勞過程的宏觀磁記憶與微觀金相研究結(jié)果表明，dHp/dx在極限狀態(tài)時(shí)，試樣表面金相組織正常，超過此極限短期內(nèi)(疲勞3000-4000周)dHp/dx突增，在微觀上則見到大量組織浮凸、晶界錯(cuò)動(dòng)等明顯缺

4、陷。此成果表明了磁記憶檢測(cè)信號(hào)對(duì)材料應(yīng)力集中及早期缺陷診斷的特殊功效。④斷裂與磁場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)數(shù)dHp/dx有關(guān)，與磁場(chǎng)過0點(diǎn)(Hp=0)無關(guān)。⑤焊接結(jié)構(gòu)不影響材料磁場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律。 本文在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多個(gè)工程的磁記憶檢測(cè)評(píng)價(jià)，通過對(duì)燕山石化煉油廠儲(chǔ)油罐、珠海電廠3＃電站鍋爐等典型實(shí)例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)磁記憶檢測(cè)及對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，更好了驗(yàn)證了金屬磁記憶方法用于工程實(shí)際的合理性及可行性。本研究成果進(jìn)一步證明了磁記憶信號(hào)對(duì)疲勞早期