金属磁记忆技术用于再制造毛坯寿命评估初探

剩余寿命预测是再制造工程的核心内容之一,金属磁记忆技术在再制造毛坯寿命预测领域极具潜力。文中概述了金属磁记忆信号的特征、微观物理检测机制的研究结果,探讨了利用金属磁记忆技术表征疲劳裂纹萌生及扩展寿命的途径和方法,并介绍了该技术在再制造毛坯寿命评估领域的初步应用。

拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响

为探索金属磁记忆现象的物理本质,深入研究载荷对磁记忆检测信号的影响,在MTS810型液压伺服试验机上对低碳钢板状试件分别施加静载拉伸载荷及拉-拉疲劳载荷,采用EMS-2003型金属磁记忆与涡流诊断仪检测加载过程中磁记忆信号的变化。结果表明:施加载荷前试件表面的初始磁状态不同;加载过程中两种加载方式均使磁记忆信号曲线由初始的随机分布转变为较有规律分布,静载拉伸试件弹性变形阶段与塑性变形阶段的磁信号曲线具有明显差异,疲劳试验不同循环周次下磁信号曲线相似;断裂瞬间断口处磁信号激变,两端极性相反;疲劳加载过程中过零点由初始磁状态的随机位置逐渐漂移集中在断口处。

金属磁记忆技术表征应力集中、残余应力及缺陷的探讨

对应力集中、残余应力及缺陷三者之间的关系进行讨论,举例分析磁记忆信号对不同应力集中程度、疲劳裂纹及残余应力的反映。结果表明:金属磁记忆技术适宜表征铁磁材料存在磁导率急剧变化的位置;磁记忆信号能否表征残余应力还需要进一步的深入研究。

等离子弧堆焊镍基复合粉末涂层材料

采用等离子弧堆焊技术,在Q235钢表面堆焊镍基复合粉末。该复合粉末经三水平三因子正交设计及正交多项式回归分析,确定在镍基基础粉末中添加的强化元素最佳配比为Cr10%、Mn4%、W 7%。利用金相显微镜、X射线衍射仪 (XRD)对堆焊层的相及组织进行了研究,通过硬度试验和磨损试验测试了堆焊层表面及横截面的硬度和表面耐磨性能。结果表明,复合粉末堆焊层显微组织主要为γ- (Ni,Fe)、γ-Ni、WC、W2C、Mn31Si12、Cr23C6、Cr7C3、Cr、NiB、Ni2B等,其硬度及耐磨性较基体有显著提高。

金属磁记忆技术检测低碳钢静载拉伸破坏的实验研究

为探索磁记忆现象的物理机制,在地磁场环境中,静载拉伸低碳钢板状试件。对应试件加载前、静载拉伸过程中不同的载荷水平以及断裂后等不同阶段,分别采用EMS-2003磁记忆诊断仪检测试样表面磁场强度垂直分量信号的变化。结果发现,加载前各试件初始磁状态对试件断裂后信号有影响。试件拉伸过程中塑性变形阶段内磁信号无较大数值变化,断裂后信号突变。拉伸过程中过零点漂移,最后集中在断口处。过零点对判定损伤破坏的铁磁构件危险区域具有一定意义。

拉伸载荷作用下中碳钢磁记忆信号的机理

测量了中碳钢试件表面各点的磁记忆信号,并观察断口的组织,研究了外载荷对磁记忆信号的影响和金属磁记忆的微观机理．结果表明:在弹性变形阶段内,随着载荷的增加中碳钢试件表面各点磁信号值由初始无规律分布逐渐向磁有序状态转变;进入塑性变形阶段后,位错对磁畴运动的钉扎使磁有序转变过程停止,磁信号几乎不再随载荷而变化．对于在弹性和塑性加载范围内卸载的两个试件,表面磁信号均具有不同程度的时效现象,试件的断口呈现韧窝及准解理混合断裂形式．

耐磨损耐腐蚀粉末等离子弧堆焊技术的研究进展

粉末等离子弧堆焊技术作为表面强化技术手段之一 ,可显著提高零部件表面耐磨损耐腐蚀性能。在介绍等离子弧粉末堆焊技术的原理及特点基础上 ,从等离子弧堆焊设备、堆焊用粉末及工艺三个方面阐述了国内外该技术的研究现状 。

应力诱发铁磁材料预制切口产生的二维弱磁场信号特征研究

为研究应力诱发切口部位产生的二维自发弱磁场信号特征,制作45CrNiMoVA特种钢板状切口试件,在MTS810型液压饲服实验机上施加轴向拉应力,采用EMS2003磁记忆仪和RM-1磁记忆仪采集不同应力水平下切口部位法向分量Hp(y)信号、水平分量Hp(x)信号,分析弹性变形阶段内二维弱磁信号特征及变化规律。结果表明:拉应力诱发切口部位Hp(x)信号呈现正向磁尖峰特征,Hp(y)信号呈现磁异变波峰波谷特征;Hp(x)信号的尖峰值和水平基线幅值、Hp(y)信号的峰峰值和峰间斜率K值与工作应力存在线性相关性。

铁磁材料疲劳损伤的磁性无损检测技术

疲劳破坏是铁磁材料构件主要的失效形式,评价铁磁材料的疲劳损伤在工程实践中具有重要的意义。磁性无损检测新技术在判断铁磁材料的疲劳损伤领域具有广阔的应用前景。综述了磁巴克豪森噪声技术(MBN)、磁声发射技术(MAE)和磁记忆技术(MMM)的检测原理、特点和应用情况,提出了三种新技术目前存在的问题和未来的发展。

铁磁材料制造工艺对金属磁记忆信号的影响

在采用金属磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价时,为排除制造工艺引入的冗余干扰信号,本研究针对两种铁磁性特种钢,采用EMS2003型金属磁记忆仪检测了锻造、铣削、磨削加工及热处理工艺后试件表面磁记忆信号的变化,并比较了交流电退磁与热处理退磁不同的退磁效果。结果显示:各机加工工序将引入不同形式的外载荷,导致磁记忆信号呈无规律杂乱分布,磨削工序引入外加激励磁场,产生强烈的干扰信号。经过交流电退磁后,试件表面依然存在残余磁场,而采用超过铁磁材料居里点的高温热处理退磁可以获得纯净的磁记忆信号。这一结果可以为利用磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价提供基础实验依据。

等离子弧堆焊复合粉末成分优化设计

为研制新型高温耐磨镍基堆焊合金粉末,采用等离子弧堆焊技术,在Q235钢表面制备了不同配比的镍基复合粉末堆焊层。以堆焊层表面硬度值为正交试验指标,利用正交设计及正交多项式回归分析对复合粉末进行优化设计。利用MM-200型环-块磨损试验机对不同成分的堆焊层进行磨损试验。结果表明,当镍基基础粉末中添加的强化元素配比为10%Cr,4%Mn,7%W时,该复合粉末堆焊的试件耐磨性能较采用基础粉末的堆焊层提高约10倍。实践表明,本研究优化了设计,提高了复合粉末堆焊层的性能。

铁磁材料磁记忆检测技术的研究现状

金属磁记忆检测技术作为无损检测领域的新兴学科,可以对铁磁材料构件的疲劳失效 进行有效的早期诊断。在铁磁性装备部件的定寿、延寿工作中有着广阔的应用前景。综述了 金属磁记忆检测技术的基本概念、检测原理及该技术的独特优点,并介绍了目前市场上已有的 多种磁记忆检测仪器。分析了该技术机理的研究现状及应用情况,提出了目前存在的问题和 未来发展。

粉末等离子弧堆焊枪体的设计研究

针对工程应用中常见的磨损失效,进行了粉末等离子弧堆焊枪体的设计研究。该堆焊枪喷嘴下端面设计为分体式结构,通过螺纹连接一个可拆卸的配件;采用双喷嘴式结构输送堆焊用合金粉末;枪体内设计了良好的水冷通道,保证堆焊时各部件得到充分冷却。堆焊枪工艺性能试验结果表明,该焊枪稀释率约10%,粉末沉积率>95%,焊接质量优良。

航天铝合金变极性等离子弧焊焊接接头的腐蚀与疲劳交替研究

随着可重复使用航天器理念的提出,可重用航天器多次空天往返和地面修复过程的腐蚀与疲劳交替问题不可忽视。本工作以5A06铝合金变极性等离子弧焊焊接接头为研究对象,对焊接接头进行腐蚀与疲劳交替试验,研究不同单位腐蚀时间对腐蚀与疲劳交替工况下疲劳寿命的影响。通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对其断口进行表征,分析了腐蚀与疲劳交替后焊接接头的损伤特性。结果表明,随着单位腐蚀时间的延长,腐蚀与疲劳交替寿命呈现先下降后平稳的趋势。这主要归因于腐蚀会钝化疲劳裂纹尖端,形成新的点蚀坑,同时钝化疲劳过程中的侵入/挤出和微裂纹降低了表面应力的集中程度,使疲劳寿命相对延长,从而反映出寿命保持稳定的状态。其中,断裂位置均处于热影响区,这主要因为焊接热影响区耐腐蚀性差,易造成严重腐蚀损伤,较大的腐蚀坑引起严重的应力集中,从而加速裂纹萌生。

曲轴再制造毛坯剩余寿命评估技术研究取得重要进展

曲轴是发动机的关键零件，制造工艺复杂，成本昂贵。为充分利用退役曲轴的剩余价值，对其进行再制造。退役曲轴在服役过程中可能产生各种损伤，为保证再制造质量，再制造前必须首先评估废旧曲轴损伤程度，预测其剩余寿命。如何预测再制造曲轴毛坯的剩余寿命，目前尚无系统研究。徐滨士院士指导团队中董丽虹等人基于曲轴有限元模拟分析结果，采用金属磁记忆和涡流综合检测技术，采集曲轴薄弱部位疲劳损伤过程中的电磁损伤信息，建立BP神经网络评估模型，并研发曲轴早期疲劳损伤的评估设备。该文发表在《Advances in Manufac turing））2013年第1期。

静载拉伸45钢材料的金属磁记忆信号分析

研究了静载拉伸过程中三种规格45钢轴状试件表面法向磁场强度Hp(y)值的变化规律,并对Hp(y)曲线斜率的绝对值|k|与拉应力σ之间的对应关系进行了分析。结果表明:试件规格相同时,|k|-σ的对应关系相同,即弹性范围内,|k|随σ的增加而增大;加载至屈服极限附近时,|k|出现最大值;进入塑性变形阶段后,|k|出现减小的趋势;拉断后,Hp(y)曲线在断口附近发生折转,并在断口两侧出现峰值。试件规格不同时,受载区域长度对|k|-σ关系影响显著,即所受拉应力相同,受载区域的长度增大,|k|减小。

不同检测环境下磁记忆信号变化研究

通过开展中碳45#钢试件的静载拉伸实验,采用磁记忆检测技术,研究了在线及离线2种检测环境下、不同加载阶段试件磁信号变化情况。结果显示:对应不同的检测环境,检测得到的试件磁信号差别显著。在线检测时试件周围磁环境对检测准确性影响较大,磁记忆检测判据——“过零点”失去作用;离线检测时检测效果良好,过零点能够反映试件应力集中部位。同时,对实验过程中的磁场强度变化及过零点漂移现象进行了理论分析。

疲劳损伤磁性无损评估技术研究现状及发展前景

磁性无损检测技术是评估铁磁材料疲劳损伤以及重要结构件可靠性的重要检测手段。针对铁磁材料的疲劳损伤,介绍了几种典型的磁性无损检测技术,如磁巴克豪森噪声(MBN)、磁声发射(MAE)、漏磁(MFL)和金属磁记忆(MMM)等,对其产生机理及应用特点进行了概述;对几种磁性检测技术在疲劳损伤评估领域的研究现状以及取得的主要研究成果进行了综述;最后指出几种技术尚存的问题和进一步的研究方向,并对其发展前景进行预测。

中碳钢疲劳试验的磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是无损检测领域新兴的检测手段,由于其具有独特的检测理念,被期望能够在铁磁性金属构件早期损伤阶段即进行准确的无损检验工作,但是该技术仍处于发展初期,需要开展大量基础性研究工作来探究其机理和应用范围。通过不同加载方式的疲劳试验,研究疲劳载荷作用下中碳45钢试件磁记忆信号的变化情况。研究表明:指定疲劳方式下试件磁记忆信号随疲劳循环次数增加呈现规律性变化;磁记忆检测高载疲劳损伤的能力优于低载疲劳损伤,对含缺陷试件疲劳损伤的判别强于无缺陷试件。分析磁记忆现象的成因,认为疲劳作用促使试件受载薄弱区域位错应力场形成和成长,使该区域磁畴分布明显异于正常区域,进而以特殊磁信号形式表现出来。试验表明:磁记忆检测技术有助于评判金属材料的损伤情况,但评判的准确性会受到加载条件和试件形貌等多种因素的影响。

金属磁记忆检测技术用于再制造毛坯寿命预测的试验研究

为探讨金属磁记忆无损检测技术预测再制造毛坯的剩余寿命,采用金属磁记忆技术检测了拉-拉疲劳过程中45钢光滑试件和预制缺陷试件表面的磁记忆信号变化规律。结果表明:45钢光滑试件疲劳试验过程中,在试件断裂之前,随疲劳载荷作用循环次数的增加,试件表面磁信号的分布规律变化不大,试件断裂后断口处磁信号发生激变;表面预制槽型缺陷的45钢试件在疲劳试验过程中,其表面磁信号在预制缺陷扩展后发生变化,且缺陷部位磁信号峰峰值随裂纹长度增加而持续增大。研究分析认为,金属磁记忆检测技术对疲劳裂纹的扩展情况有较好的反映,有望通过建立磁记忆信号峰峰值——疲劳裂纹长度a的关系模型,实现金属磁记忆技术对再制造毛坯剩余寿命的定量方法。但是,采用金属磁记忆技术预测疲劳裂纹萌生前铁磁材料的损伤程度尚需进一步探索。