金屬磁記憶方法的物理原理

1、第二屆國際“金屬磁記憶設(shè)備結(jié)構(gòu)診斷”科技會(huì)議報(bào)告（莫斯科 2000年2月）金屬磁記憶方法的物理原理杜波夫 烏斯托夫斯基(動(dòng)力診斷公司 俄羅斯 莫斯科)摘 要: 嘗試詮釋金屬磁記憶法-新無損檢測方法的物理原理。給出金屬磁記憶法檢測的典型的定性和定量判據(jù)。關(guān)鍵詞：金屬磁記憶；物理原理PHYSICAL BASE OF THE METHOD OF METAL MAGNETIC MEMORYDubov A.A. Vstovsky G.V. (Institute of metallurgy of Academy of Science EnergodiagnostikaCo. Ltd Russia Mosc

2、ow)Abstract The attempt is made phenomenologically to give interpretation of the physical base of the metal magnetic memory method - new magnetic method of a non-destructive inspection. The characteristic of qualitative and quantitative criteria used in the method of metal magnetic memory is shown.K

3、eywords metal Magnetic memory；Physical base 檢測設(shè)備的實(shí)際應(yīng)力-變形狀態(tài)，最為有效并且在實(shí)踐中得到越來越廣泛應(yīng)用的方法乃是金屬磁記憶法(MMM)，其主要原理和判據(jù)在1, 2, 3, 4.文中都有闡述。金屬磁記憶方法，依作者意見，乃是技術(shù)診斷領(lǐng)域里的嶄新方向。這是繼聲發(fā)射之后第二個(gè)被動(dòng)式的檢測方法, 它是利用結(jié)構(gòu)自身輻射出的信息。金屬磁記憶法不僅能檢測處在運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)備，也能在設(shè)備修理時(shí)進(jìn)行檢測。同時(shí)，金屬磁記憶法除了能早期發(fā)現(xiàn)正在發(fā)展著的缺陷外，還能進(jìn)一查明受檢對(duì)象的實(shí)際應(yīng)力-變形狀態(tài)，找出產(chǎn)生破損的根源。和聲發(fā)射方法比較，金屬磁記憶使用在更為早期

4、的檢測階段, 是從外部載荷超過金屬內(nèi)應(yīng)力水平時(shí)開始。大多數(shù)低碳鋼，因組織結(jié)構(gòu)的不均勻性造成的平均內(nèi)應(yīng)力水平，等于60-80MPa，將近材質(zhì)屈服極限的0.3倍。按強(qiáng)度和機(jī)械損傷機(jī)理，設(shè)備出現(xiàn)和發(fā)展破損最為不利的情況是復(fù)合型載荷，這時(shí)金屬局部受主拉伸應(yīng)力作用，在垂直于該應(yīng)力的平面上滋生裂紋。多年從事管道和各種設(shè)備磁場的研究經(jīng)驗(yàn)表明，金屬發(fā)展損傷的區(qū)域，存在著磁場強(qiáng)度Hp穩(wěn)定的符號(hào)變換線，而正是這一診斷參數(shù)，即=0線，構(gòu)成了金屬磁記憶檢測設(shè)備方法的基礎(chǔ)。本文力圖詮釋在工作載荷作用下，出現(xiàn)在管件表面上的主應(yīng)力線這一個(gè)磁診斷參數(shù)。 參見文2,4.拉伸、壓縮、扭曲和周期性載荷作用下的金屬磁記憶效應(yīng)，最早是

5、在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)研究中發(fā)現(xiàn)的。磁記憶方法的獨(dú)到之處還在于，它利用工作載荷的作用，在穩(wěn)定的滑移位錯(cuò)帶區(qū)域產(chǎn)生的自有漏磁場。存在微弱地球磁場時(shí)，在受檢物體應(yīng)力集中區(qū)的表面將形成的漏磁場梯度，使用專門的磁測儀表能確定該梯度值的大小。在位錯(cuò)聚積區(qū)產(chǎn)生自有漏磁場的機(jī)理是源于這些聚積變成和磁疇壁厚相等時(shí)磁疇邊界的固鎖效應(yīng)。任何條件下對(duì)工作結(jié)構(gòu)的人工磁化，都得不到象自有磁場那樣的信息源，只有象地球磁場這樣微弱的外部磁場，承載結(jié)構(gòu)上的變形能量，又遠(yuǎn)大于外部磁場的能量時(shí)，才能形成和得到那樣的信息。要想定量評(píng)估應(yīng)力集中水平，就得確定通過應(yīng)力集中線(Hp=0線)1磁場Hp法向分量的梯度值(變化強(qiáng)度)。 （1）式中:表

6、示應(yīng)力集中區(qū)金屬磁性變化強(qiáng)度，因而也是由磁場Hp變化強(qiáng)度表示的漏磁場梯度值或應(yīng)力強(qiáng)度磁系數(shù)；位于Hp=0線兩側(cè)同等線段上兩檢測點(diǎn)之間磁場Hp的差數(shù)模量。這時(shí)，線段應(yīng)垂直于Hp=0線。線段對(duì)于Hp=0線的垂直位置，是由于這些線段同最大的拉伸（或壓縮）應(yīng)力方向相重合所決定的。利用金屬磁記憶這一新診斷方法，能從金屬質(zhì)量，實(shí)際使用條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)去綜合評(píng)價(jià)部件狀態(tài)。所建議的新檢測方法其原理性的新東西都是什么呢？分析已知的磁無損檢測方法，我們能得出采用這些方法必備的條件是：第一， 必須有磁化裝置。第二， 傳統(tǒng)的磁無損探傷法僅能在事先知道檢測對(duì)象的應(yīng)力集中和缺陷部位的情況下才能使用。第三， 已知的磁無損檢測

7、方法，通常得清理受檢金屬表面和完成一系列的準(zhǔn)備工作。顯然，在長且巨大的結(jié)構(gòu)和設(shè)備上，要想采用傳統(tǒng)的磁檢測方法去全面普查是不可想象的。例如，專門去磁化管路系統(tǒng)，在一個(gè)現(xiàn)代的動(dòng)力鍋爐上，其管路總長度達(dá)數(shù)百公里，這個(gè)任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的。何況每一根鍋爐管件的應(yīng)力集中部位（損傷的發(fā)展根源），不可能事先知道，因?yàn)橛绊懰纬傻挠懈鞣N工藝性、結(jié)構(gòu)性和使用性等諸多因素。眾所周知，多數(shù)由鐵磁材料制造的金屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備，在工作載荷作用下，于地球磁場中經(jīng)受著“自磁化”。圖1給出了導(dǎo)致殘余磁感應(yīng)增大的磁彈性效應(yīng)，如果在結(jié)構(gòu)的某個(gè)部位上加上周期性載荷，且有外部磁場（如地球磁場），在該部位就會(huì)出現(xiàn)殘余磁感應(yīng)和殘余磁化強(qiáng)度的增長。

8、同這種“自磁化”現(xiàn)象，到處（造船、動(dòng)力、滾珠軸承行業(yè)以及其他部門）都在進(jìn)行著斗爭。而以鍋爐管件為例，研究其使用過程中的自磁化現(xiàn)象之后，首次建議將該現(xiàn)象用于技術(shù)診斷的目的。設(shè)備和結(jié)構(gòu)“自磁化”時(shí)，表現(xiàn)出不同的磁致伸縮效應(yīng)，但是，在新的檢測方法中利用的是所有不同形式的磁致伸縮效應(yīng)中的后果，它表現(xiàn)為設(shè)備金屬中實(shí)際變形和組織變化的金屬磁記憶形式。MPa圖1 周期性載荷作用下磁彈性效應(yīng)原理圖r-殘余磁感應(yīng)的變化；(P)-周期性載荷的變化；e-外部磁場。通常，最大值和Hp=0線對(duì)應(yīng)著最大應(yīng)力集中區(qū)（發(fā)展破損區(qū)），但是，實(shí)踐中有這樣的例子，僅有最大應(yīng)力集中區(qū)和相應(yīng)的缺陷而無Hp=0零值線，這種特殊情況要單獨(dú)

9、討論。金屬磁記憶-是微弱地球磁場中，受工作載荷作用，受檢物體上出現(xiàn)的，應(yīng)力超出平均內(nèi)應(yīng)力所造成的磁感應(yīng)強(qiáng)度不可逆的變化。機(jī)械零件和焊接件，其金屬磁記憶表現(xiàn)為在地球磁場中制造和冷卻后形成的殘余磁化強(qiáng)度，并且反映著他們結(jié)構(gòu)和工藝的繼承性。金屬磁記憶法-這是一種無損檢測方法，其基本原理是記錄工作載荷作用下設(shè)備在應(yīng)力集中區(qū)中產(chǎn)生的自有漏磁場。金屬磁記憶是記錄工件、制品和焊接件在地球磁場中制造和冷卻后產(chǎn)生于殘余應(yīng)力集中區(qū)的自有漏磁場。任何鐵磁件的制造過程（熔化、鍛造、熱處理）都將產(chǎn)生實(shí)際的磁結(jié)構(gòu)，通常，在地球磁場下冷卻時(shí)和結(jié)晶時(shí)發(fā)生。在晶格缺陷最集中的部位（例如位錯(cuò)聚積處）和組織不均勻處，形成磁疇邊界固

10、定節(jié)點(diǎn)以漏磁場Hp改變符號(hào)的形式出現(xiàn)在工件表面上，同時(shí)Hp=0線對(duì)應(yīng)為最大磁阻抗的截面，且以金屬最大不均勻組織為特點(diǎn)，而且是最大內(nèi)應(yīng)力集中區(qū)。鐵磁結(jié)構(gòu)制件局部應(yīng)力集中區(qū)形成磁偶極子的建議模型。由工作載荷作用，在局部應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)殘余磁化強(qiáng)度變化和磁偶極子形成的過程，有下列條件：-處在閉合磁回路的鍋爐管件，具有一定的殘余磁化強(qiáng)度且處在固定的磁場中，至少是處在地球磁場中。管件承受工作載荷，形成了應(yīng)力集中區(qū)。本文分別用下列符號(hào)表示：MTP-管件金屬（母體）磁化強(qiáng)度；H-地球磁場；eqv-由工作載荷形成的管件中的當(dāng)量應(yīng)力；i-管件金屬中的內(nèi)應(yīng)力；-未計(jì)算在內(nèi)的偶極子應(yīng)力（例如，管件未能充分自補(bǔ)償）；-

11、切線方向應(yīng)力；M-局部應(yīng)力集中區(qū)中磁化強(qiáng)度增量（變化）。鍋爐管件實(shí)際使用中在未能充分自補(bǔ)償部位（如固定節(jié)點(diǎn)、卡死）將喪失穩(wěn)定性，通常出現(xiàn)扭曲，管件的那種部位其最薄弱截面，受外部載荷作用，生成具有最大金屬變形的應(yīng)力場（eqv +）。管件金屬在該區(qū)域出現(xiàn)穩(wěn)定的滑移位錯(cuò)帶和場，一直達(dá)到金屬屈服極限。專門研究管件和板材試件3,5,6表明：出現(xiàn)穩(wěn)定滑移場的瞬間取決于應(yīng)力i集中的程度和水平（20號(hào)鋼和12Cr1MoV近似為70-80兆帕）。在試件表面和金屬中，當(dāng)外部載荷達(dá)到0.3屈服極限時(shí)，在應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)以磁場法向分量符號(hào)變換線為特征的滑移位錯(cuò)帶。當(dāng)外部拉伸載荷達(dá)到0.6屈服極限時(shí)，試件的應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)

12、按整個(gè)截面發(fā)展的以微塑性為特征的位錯(cuò)變形。由材料力學(xué)7已知，不可逆位錯(cuò)在大多數(shù)晶體中出現(xiàn)在它最為薄弱的截面上，尤其是，和最大切向應(yīng)力（）方向相近時(shí)。顯然理想的和實(shí)際的工件強(qiáng)度之間的矛盾是由于位錯(cuò)時(shí)原子的移動(dòng)并非按所有場同時(shí)出現(xiàn)，這正是所謂位錯(cuò)的在晶格中出現(xiàn)畸變。這一點(diǎn)于生成滑移位錯(cuò)帶時(shí)表現(xiàn)出來，在周期性載荷作用下，管件的同一部位上，滑移帶變成穩(wěn)定的且能向金屬的深度和廣度逐漸擴(kuò)散。位錯(cuò)沿晶體運(yùn)動(dòng)伴有動(dòng)力學(xué)效應(yīng)：如機(jī)械、熱、超聲、磁和電等效應(yīng)。整理位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的變形能量超過微弱外部地球磁場能量（H），以及由磁化（MTP）引起的內(nèi)部場能量（Hi）達(dá)到一倍或更多時(shí)，晶格體原子的機(jī)械和磁力矩，由于磁機(jī)械

13、效應(yīng)將不朝向薄弱磁場H和Hi方向。同時(shí)，弱磁場H和Hi不光從方向上，且從數(shù)量上積極參與整理位錯(cuò)聚積時(shí)總磁場的出現(xiàn)和形成。應(yīng)該著重討論一下在位錯(cuò)聚積區(qū)產(chǎn)生自有磁場的機(jī)理并回答：能否在沒有外部地球磁場的條件下，受應(yīng)力集中和變形作用產(chǎn)生上述自有磁場。由磁物理現(xiàn)象已知，沒有外部磁場的條件下，鐵磁體中不可能出現(xiàn)殘余磁化。沒有外部磁場，僅靠已知的磁機(jī)械效應(yīng)，在機(jī)械應(yīng)力作用下，確定金屬磁化現(xiàn)象的企圖，通常，都以失敗告終8。例如，借助圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置可證實(shí)這一點(diǎn)。圖2 退磁后的鐵磁試件，沒有內(nèi)部磁場Hi和外部磁場H條件下測量其表面磁場的實(shí)驗(yàn)裝置。1-補(bǔ)償電磁線圈；2-非磁化鈦合金試棒；鐵磁性碳鋼試棒（如鋼3

14、）；4-退磁用電磁線圈；5-鐵磁探測式傳感器；6-磁測計(jì)；MKP-試棒兩端所加的旋轉(zhuǎn)力矩。試驗(yàn)過程是：開始用非磁性材料（如鈦合金）制作圓試棒2，且在它的中部螺紋處裝上由碳鋼做成的鐵磁圓試棒3，這時(shí)，圓試棒3的截面要遠(yuǎn)小于圓試棒2的截面，圓試棒3靠近中部的位置補(bǔ)充車削成錐形，以便在被測磁場區(qū)域早些形成應(yīng)力集中，試棒圓錐部分固定了鐵磁探測傳感器以便測量磁場（沿圓試棒3軸線）的法向分量。已知，靠近鐵磁傳感器試件表面的法向分量大體上等于內(nèi)部磁場Hi。接著借助磁測計(jì)測量試棒3處在地球磁場中初始狀態(tài)時(shí)的場。隨后，試棒2和3通過退磁線圈4并同時(shí)放入補(bǔ)償線圈1，在那里沒有外部磁場，（圖2上用箭頭指示試棒2和3

15、的移動(dòng)方向）。圓試棒3退磁后將其放入補(bǔ)償線圈1中間測量場，并記錄下其零值。然后從相反方向給試棒2加上旋轉(zhuǎn)力矩MKP并同時(shí)測量在試棒3應(yīng)力集中區(qū)的磁場。借助旋轉(zhuǎn)力矩MKP直到把試棒3破壞且同時(shí)記錄磁場。多次完成這類的試驗(yàn)表明，鐵磁試棒斷裂區(qū)沒有出現(xiàn)場和相應(yīng)的Hi場以及殘余磁化強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)指出，如果是類似的試驗(yàn)，要把退了磁的試棒3放到地球磁場中，那場在試棒破壞的瞬間，能從5-10安培/米增長到100-150安培/米或更多。上述試驗(yàn)研究成果證實(shí)，沒有外部磁場時(shí)，位錯(cuò)聚積（試件破壞前必然要出現(xiàn)）上不可能出現(xiàn)自有漏磁場。如果把位錯(cuò)聚積看成是非磁化加入物，那么按Kersten模型，如文章9,10,11所述，

16、非磁化加入物表面出現(xiàn)磁電荷并且這些電荷的能量值近似的大于鐵磁體邊界層能量的100多倍。后來在磁致伸縮力普通理論的進(jìn)一步發(fā)展中，Neel 12 曾企圖計(jì)算由非磁化加入物引起的磁化強(qiáng)度漲落值。顯示出，有雙重類型的漲落導(dǎo)致出現(xiàn)分布在物體中的磁電荷，這些磁電荷將對(duì)應(yīng)一定的能量，該能量在很大程度上確定著磁疇邊界的位置以及具有外部磁場時(shí)它們的移動(dòng)。Kersten的文章13中討論了鐵磁試件中有強(qiáng)內(nèi)應(yīng)力時(shí)磁疇邊界位置變化的條件。提到，試件退磁狀態(tài)下磁疇邊界通過應(yīng)力梯度具有零值的區(qū)域。隨著外部磁場的加入，磁疇邊界一直移動(dòng)直到應(yīng)力梯度沒有變成大到足以阻止磁疇邊界繼續(xù)移動(dòng)為止。移動(dòng)磁疇邊界所必需的最大場值對(duì)應(yīng)著最大

17、的應(yīng)力梯度值。給出了內(nèi)應(yīng)力梯度條件下磁疇邊界移動(dòng)的過程演示圖解。指出，彎曲的磁疇邊界對(duì)應(yīng)著同等應(yīng)力的表面形狀（顯然，殘余應(yīng)力條件下這個(gè)部位有應(yīng)力梯度零值）且磁化強(qiáng)度從磁疇邊界兩側(cè)改變自己的方向！這就必定導(dǎo)致磁電荷的生成以及出現(xiàn)顯著的能量從而去形成磁疇邊界。Bozort的著作14中提到，不論Neel的加入物理論，還是Kersten的應(yīng)力理論都存在共同的缺點(diǎn)，就是他們沒有考慮到這類條件下產(chǎn)生的與磁電荷相關(guān)的能量。于是，工作載荷（或者是卸下載荷時(shí)殘余應(yīng)力）作用下在小磁場中于位錯(cuò)聚積區(qū)出現(xiàn)磁電荷的條件需要磁物理專家加以研究。由鐵磁體磁現(xiàn)象物理學(xué)經(jīng)典著作中引用的上述片斷，在一定程度上明晰了局部應(yīng)力集中區(qū)

18、形成磁偶極子的機(jī)理。通常，這些區(qū)域?qū)?yīng)為滑移位錯(cuò)區(qū)并且由于出現(xiàn)最大法向應(yīng)力場其尺寸不超過管件截面的兩倍或壁厚。這里，磁偶極子尺寸和薄殼的“臨界”尺寸相吻合，關(guān)于這點(diǎn)，本文集的文獻(xiàn)15曾提到過。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室試件研究2, 3表明，該偶極子中心（Hp=0線）對(duì)應(yīng)著變形符號(hào)的變換區(qū)或是產(chǎn)生塑性的變形區(qū)。實(shí)踐中觀察到的高數(shù)量級(jí)漏磁場，就出現(xiàn)在穩(wěn)定的滑移位錯(cuò)帶上（滋生裂紋區(qū)域），用傳統(tǒng)的磁物理現(xiàn)象概念無法加以闡明。大家知道，位錯(cuò)的磁矩16之間，沒有交換的相互作用，因?yàn)樗鼈冎g的距離很大?？梢园盐诲e(cuò)聚積看成是順磁氣體且需要很強(qiáng)的外部磁場，大約106奧斯特，以便在此區(qū)域出現(xiàn)金屬的明顯磁化，而我們討論的條件下只

19、有地球磁場，它才有0.5奧斯特?？墒菍?shí)際鐵磁制件總是存在著帶相應(yīng)磁疇邊界排列的殘余磁化強(qiáng)度矩陣。在工作載荷作用下（當(dāng)變形能量遠(yuǎn)大于外部磁場能量時(shí)）在穩(wěn)定的滑移位錯(cuò)帶區(qū)域出現(xiàn)磁疇邊界矩陣位移，以及在該區(qū)當(dāng)位錯(cuò)聚積的大小變成和磁疇壁厚相當(dāng)時(shí)的磁疇邊界的固鎖。顯然，正是在應(yīng)力（和，相應(yīng)的殘余應(yīng)力）集中區(qū)磁疇邊界矩陣的偏移和閉鎖導(dǎo)致在這些區(qū)域出現(xiàn)相當(dāng)大的自有漏磁場。從傳統(tǒng)的概念同樣得出結(jié)論18，鐵磁體內(nèi)殘余磁化矢量的方向和符號(hào)僅由外部磁場決定。這一概念的合理性，是同時(shí)作用鐵磁體的不同符號(hào)載荷和強(qiáng)磁場的大量實(shí)驗(yàn)得出的。采用金屬磁記憶法檢測鐵磁體的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可證實(shí)，在穩(wěn)定的滑移位錯(cuò)帶區(qū)域（當(dāng)變形能量大于地球

20、磁場能量一個(gè)數(shù)量級(jí)的條件下），金屬磁化矢量能朝相應(yīng)的滑移帶那面改變符號(hào)和方向。文章3提到位錯(cuò)壁，通常，沿晶體方向（111）和表面痕跡（110）排列。處在亞邊界平面（110）的位錯(cuò)生成遠(yuǎn)程作用應(yīng)力場類似于由平面位錯(cuò)聚積的應(yīng)力場。遠(yuǎn)程作用的應(yīng)力場形成遠(yuǎn)程磁疇邊界，構(gòu)成按應(yīng)力集中線（HP=0線）在鐵磁表面上的自有漏磁場?？梢约俣?，應(yīng)力集中區(qū)里位錯(cuò)壁和磁疇邊界矩陣相重合（?。?。這種情況下，可以說是前邊討論條件下表現(xiàn)出的磁機(jī)械效應(yīng)。研究條件下地球磁場扮演著“引信”場的角色，沒有它就不可能有磁疇邊界矩陣。位錯(cuò)聚積本身的總磁矩異常微小16，而且沒有地球磁場時(shí)他們就不可能被查找出來。所以，應(yīng)當(dāng)指出，檢測奧氏體

21、（順磁）管件實(shí)踐所查明的事實(shí)：應(yīng)力集中區(qū)（位錯(cuò)聚積區(qū)）自有漏磁場值不超過地球磁場值。檢測鍋爐管件時(shí)，去掉工作載荷后，應(yīng)力集中區(qū)（偶極子中心）顯然對(duì)應(yīng)著殘余應(yīng)力零梯度，而沿偶極子中心兩側(cè)， Hp場最大值區(qū)對(duì)應(yīng)著最大的殘余應(yīng)力（拉伸或壓縮）區(qū)。這一對(duì)應(yīng)關(guān)系需要研制專用模型加以證實(shí)。某種程度上，那種模型在文章2,17里業(yè)已被研制了。依據(jù)上述討論，可以得出有關(guān)管件和其他設(shè)備應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生自有漏磁場條件的結(jié)論。自有漏磁場由三個(gè)因素決定：-產(chǎn)生于位錯(cuò)聚積和位錯(cuò)滑移穩(wěn)定帶區(qū)域的磁電荷；-磁彈性效應(yīng)和磁機(jī)械效應(yīng)；-存在外部弱磁場（至少是地球磁場）。由于應(yīng)力集中區(qū)位錯(cuò)滑移穩(wěn)定且具有方向性，于管件表面出現(xiàn)磁偶極子

22、，這些磁偶極子由于磁機(jī)械和次彈性效應(yīng)，同時(shí)反映出,和類應(yīng)力宏觀和微觀的之間的有機(jī)聯(lián)系。非結(jié)構(gòu)鐵磁制件（新的和曾用過的）依照傳統(tǒng)概念18,19，例如，鑄鋼件冷卻時(shí)，低于居里溫度點(diǎn)沒有外部磁場（雖然不大的地球磁場總是存在的?。╄T件中不產(chǎn)生殘余磁化強(qiáng)度，且鑄件整體的磁矩等于零。這可由某些磁疇任意自行定向加以說明。這種概念解說是站得住腳的，一方面，它說明為什么未磁化物體鐵磁材料的原子磁性沒有表現(xiàn)出來，另一方面，用來解說物體磁化時(shí)，包括磁致伸縮的全盤現(xiàn)象。由傳統(tǒng)的概念同樣得出18,19。如果某種形狀的鐵磁材料放入外部磁場He，它的殘余磁化強(qiáng)度M分布（去掉場后）以及總的磁矩是由He場方向、該試件形狀和退磁

23、因素N（見圖3）決定。測量磁場強(qiáng)度法向分量得到它近似的分布如圖3所示，而該場零值嚴(yán)格地處在試件中部。與此同時(shí)，殘余磁化強(qiáng)度M的分布，對(duì)應(yīng)為圖3，B所示。圖3實(shí)際上，如前所述，基本處理工藝（熔化、鍛造、熱處理）金屬工件生產(chǎn)過程都出現(xiàn)在具有，至少，外部地球磁場下，而且所有工件，通常，有組織不均勻性。所以金屬制件冷卻低于居里點(diǎn)在地球磁場中結(jié)晶時(shí)，所形成的磁組織也相應(yīng)帶有結(jié)構(gòu)的不均勻性。這時(shí)在大位錯(cuò)聚積和其他不均勻組織上形成磁疇邊界，且工件冷卻后其殘余磁化強(qiáng)度的分布，通常，不是圖3B上的理想分布。參與形成金屬工件實(shí)際組織的有類和類（相應(yīng)在晶格和顆粒水平）的內(nèi)應(yīng)力（i）。試驗(yàn)室及工業(yè)研究結(jié)果表明，實(shí)際工

24、件上的Hp=0線可分布在不同區(qū)域且對(duì)應(yīng)著缺陷集中部位和內(nèi)部應(yīng)力集中線（應(yīng)力集中線）。而應(yīng)力集中線依其在具體工件上的分布與外部載荷作用方向的關(guān)系能導(dǎo)致其加強(qiáng)或反之削弱。圖4為證實(shí)這一假說，在斷裂試驗(yàn)機(jī)6上，用鐵磁體鋼試件做了專門試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，應(yīng)力集中線與外部載荷成垂直分布的試件比應(yīng)力集中線與外部載荷成角度或同軸的試件強(qiáng)度低?；谏鲜鲅芯块_發(fā)了機(jī)械零件和工件生產(chǎn)過程中損傷趨勢的快速檢測方法，圖4是新汽輪機(jī)葉片的檢測結(jié)果。圖4A 應(yīng)力集中線位于葉片根部且垂直于主（離心）工作載荷，這種葉片不建議投入使用。圖4B 應(yīng)力集中線沿葉片體且對(duì)主工作載荷不構(gòu)成危險(xiǎn)。以自有漏磁場法向分量零值為特征的建議診斷參數(shù)

25、適用于運(yùn)行中的各種工件和機(jī)械零件。圖5A是沿電動(dòng)機(jī)軸母線記錄下的場法向分量分布以及以Hp場零值線為特征的應(yīng)力集中線位置的例子。圖5圖5B是顯示上述軸沿Hp =0線脆性疲勞破損的片斷。測量疲勞斷裂線邊界上Hp場時(shí)，記錄下的該場（Hp=0線）符號(hào)變換。這個(gè)案例清楚地表明所制定規(guī)律對(duì)運(yùn)行中工件的正確性。工件表面（或斷面）場法向分量的符號(hào)變換線對(duì)應(yīng)為變形的符號(hào)變換線。所建議的檢測方法20中依據(jù)的數(shù)量判據(jù)是查出的垂直相交于應(yīng)力集中線的Hp場的梯度（Hp=0線，見公式（1）。同時(shí)，場梯度值在應(yīng)力集中區(qū)，依文章3，（載荷作用下工件滑移場分布區(qū)）表征工件體積中（按寬度和深度）位錯(cuò)聚積密度（）。疲勞損傷區(qū)如圖5

26、B所示，顯然，位錯(cuò)滑移場在軸破損前就已形成。這里應(yīng)當(dāng)指出，文獻(xiàn)21指出，穩(wěn)定滑移位錯(cuò)帶的尺寸（深度和寬度）從一個(gè)微米（能顯著查出階段），到他們變成裂紋階段的數(shù)十微米。不乏實(shí)際事例，沿Hp =0線（按KIN最大值）打磨金屬0.5-0.6mm深度，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定滑移位錯(cuò)帶的Hp =0線完全消失，穩(wěn)定滑移位錯(cuò)帶完全消失（Hp =0線消失）的最大深度，目前在實(shí)踐中查明的是3-4mm。沿Hp =0線研究金相圖時(shí)不止一次地發(fā)現(xiàn)從一到數(shù)十微米的微裂紋，這種尺寸的裂紋處在傳統(tǒng)檢測方法靈敏度之外，顯然，生成裂紋之前穩(wěn)定滑移帶的極限尺寸和檢測對(duì)象以及金屬機(jī)械性能有關(guān)。按文章22，位錯(cuò)聚積上的內(nèi)應(yīng)力i正比于。大家知道，穩(wěn)

27、定滑移位錯(cuò)帶和他們相應(yīng)的最大聚積出現(xiàn)在切向應(yīng)力（）作用的剪切變形條件下，依文獻(xiàn)23 切向應(yīng)力也正比于：=AGb，式中：A-常數(shù)，等于0.3-0.6；G-剪切模數(shù)；b -Burgers矢量。由上述文獻(xiàn)和所作的研究得出，磁場梯度值在所建議的檢測方法中正比于位錯(cuò)密度且相應(yīng)為i。應(yīng)力集中區(qū)按磁場梯度確定金屬極限狀態(tài)的方法，在俄羅斯、波蘭、中國辦理了專利24。參考文獻(xiàn)1. Doubov A.A. Diagnostics of boiler tubes with usage of metal magnetic memory. M.: Energoatomizdat, 1995.2. Doubov A.A.

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