[发明专利]一种利用表面磁场的变化判定铁磁材料开始发生塑形变形的方法

说明书

技术领域

本发明属于铁磁材料磁性无损检测领域，涉及一种利用表面磁场磁记忆信号的变化确定铁磁材料进入塑形变形的方法。

背景技术

以钢铁为主的铁磁性材料具有良好的强度、刚度、韧性等性能，在工业生产的各个领域应用越来越广泛。诸如油气管道、高铁、舰船、石油平台、桥梁、跨空间钢架等大型构件，以及航空、航天、核反应堆的有关设备等，如何有效的分析这些构件的应力应变状态，进而得到构件的强度、刚度、稳定性，已成为迫切需要解决的问题。特别地，材料进入塑性变形是材料失效的一个衡量标准。材料进入塑形变性后，线弹性力学方程已不再适用。弹性和塑性变形在微观结构上的变化是不同的，弹性变形主要是原子间距的增加或减少，而塑性变形则导致多种缺陷(例如位错、滑移等)的产生和积累。塑性变形的早期阶段引起畴壁钉扎点的大量增加，以位错、位错缠结以及位错胞形式出现的钉扎点与塑性变形成幂次数迅速增加，而这个过程相对于材料塑性变形的整个阶段是非常短暂的，占材料塑形变形阶段的5％左右。

材料变形由弹性向塑形变形过渡是材料的一种临界应力应变状况。对材料临界应力应变状况的有效评价是评价设备和构件结构强度和可靠性的一个重要依据。目前，判断材料发生塑形变形一般是依据材料应力-应变曲线出现水平线段，或根据材料滑移及其伴随的现象来判断。铁磁材料位错稳定滑移带区域，在外加载荷和地磁场共同作用下会产生自有漏磁场，而这个自有漏磁场包含着材料的应力(应变)状态的信息。因此，可以利用金属磁记忆方法测得的表面磁场来识别材料的应力应变状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够利用表面磁场的磁记忆特征参量，对拉伸载荷作用下的构件的应力应变状态进行表征，以识别确定材料进入塑形变形的开端。

本发明的技术目的通过下述方案予以实现：

利用材料塑性变形时的伴随现象来判断材料发生了塑性变形，该方法包括如下步骤：

1)对金属磁记忆检测装置按照相关技术文档，对其磁性传感器进行标定，一般以地磁场为40A/m进行标定，其中A/m为磁场单位；

2)采用退磁机械对构件进行退磁处理，若是经过去应力退火的材料不必进行退磁处理，并用磁记忆检测装置记录测量测点表面磁场法向分量的初始值，记为：Hp(y)₀，其中Hp(y)₀为表面磁场法向分量的初始值；

3)按一定步长的载荷或者应变对试件进行第n次加载，小心将构件从整体结构中取出，放置在无磁平台上，即采用离线测量的方式，记录测量测点表面磁场法向分量，记为Hp(y)'_n，与表面磁场法向分量初始值Hp(y)₀相减，获得第n次载荷下完全由载荷引起的表面磁场记为Hp(y)_n，其中Hp(y)'_n为第n次加载后材料离线方式测量的表面磁场法向分量，Hp(y)₀为表面磁场法向分量的初始值，Hp(y)_n为第n次载荷下完全由载荷引起的表面磁场法向分量；

4)进行第n+1次加载，加载至预定载荷后，以步骤3同样的方式进行表面磁场法向分量的测量，记录值记为Hp(y)'_n+1，将其与表面磁场法向分量初始值Hp(y)₀相减，获得第n+1次载荷下完全由载荷引起的表面磁场记为Hp(y)_n+1，其中Hp(y)'_n+1为第n+1次加载后材料离线方式测量的表面磁场法向分量，Hp(y)₀为表面磁场法向分量的初始值，Hp(y)_n+1为第n+1次载荷下完全由载荷引起的表面磁场法向分量；

5)表面磁场法向分量的梯度K，其中K为表面磁场法向分量的梯度，Hp(y)_n为步骤3第n次加载得到的表面磁场法向分量，Hp(y)_n+1为步骤4第n+1次加载得到的表面磁场法向分量；

6)若表面磁场法向分量的梯度K＞0，材料处于弹性阶段；若表面磁场法向分量的梯度K＜0，材料处于塑性阶段；若表面磁场法向分量的梯度K＝0，材料处于由弹性向塑形变形过渡时刻；

7)当铁磁材料承受塑性变形之后，磁化受到外加磁场，残余应力场，和塑性应变场的影响，总的有效场H_eff：

H_eff＝H+αM+H_σr+H_σp-D_σM