磁弹法检查零部件表面磨削烧伤的新方法

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1、磁弹法检查零部件表面磨削烧伤的新方法作者：大众动力总成有限公司朱正德磨削烧伤及其常用检查方法在机械类产品中，很多重要零部件如轴承、齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销和万向节等，在热处理之后均需经过磨削加工。相比之下，磨削时单位切削面积上的功率消耗远远超过其它加工方法，所转化热量的大部分会进入工件表面，因此容易引起加工面金相组织的变化。在工艺参数、冷却方法和磨料状态选择不当的情况下，工件在磨削过程中极易出现相当深的金相组织变化层(即回火层)，并伴随出现很大的表面残余应力，甚至导致出现裂纹，这就是所谓的磨削烧伤问题。零部件的表面层烧伤将使产品性

2、能和寿命大幅度地下降，甚至根本不能使用，造成严重的质量问题。为此，生产企业一方面通过执行正确、科学的工艺规范，减轻和避免出现磨削烧伤现象；另一方面，加强对零部件的检验，及时发现不合格工件，并判断正在进行的磨削工艺状况。但长期以来，对工件表面磨削烧伤的检验，除了最简单的目测法外，就是采用已延续多年的传统方法——酸洗法，即在被检零部件表面涂上酸液或将其浸入盛有按规定配制的酸液槽中。之后(或在把工件取出后)，根据表面呈现的不同颜色，对磨削烧伤的程度作出相应的判断。一般地说，若色泽没有变化，就表明情况正常；而当颜色变成灰色，则说明已有烧伤情

3、况存在，随着色泽变得越来越深，表示工件表面因温度更高，引起的磨削烧伤更为严重。传统检查方法虽然简单易行，但有着很大的局限性，主要是工件表面经酸液浸蚀，即使为无问题的零部件，也不能再予以使用。传统方法执行的实际上是一种破坏性检查。从以上描述可知，酸洗法本质上属于定性检查，难以对磨损烧伤程度做出定量的说明。鉴于上面两点，采取传统方法时，只能采用抽检的方式，且样本很小，欲对所执行的工艺过程作出较确切的评价并予以改进是很困难的。理论表明，酸洗法检验只能反映因金相组织结构变化引起的硬度下降这种情况，对于工件表面存在的残余应力则无法反映，放在全

4、面揭示磨削烧伤的程度上显得不足。另一方面，由于使用了酸液，企业增加了消除环境污染的负担；传统检查方法的规范化可靠性水平较低，更难以制定可操作性强的评定标准。一种新颖、高效的磨削烧伤检测方法——磁弹法1.工作原理磁弹法即BN法(BarkhansenNoiseMethod)，是以1919年发现的物理学Barkhansen效应为基础开发的一种测试方法，它能有效地对磨削烧伤进行测试。近年来，利用磁弹法研制的测试仪器已在零部件表面磨削烧伤检测中逐步得到应用，并充分显现出优越性。众所周知，出现磨削烧伤的那些零部件，主要由铁磁性材料制成。在正常情

5、况下，其磁序(体现在多晶体的磁畴结构里)呈有规则的排列。但如前所述，磨削烧伤后产生的金相组织变化及可能出现的很大残余应力都将引起磁畴结构内的磁序变化。Barkhansen效应指出，矫顽(磁)力，即改变被颠倒极性所需要的磁场强度是与铁磁性材料晶格结构错位和残余应力等的程度有关的。利用BN法探测被检零部件表面磨削烧伤的机理就在于此。图1是在BN法基础上开发的检测仪器的工作原理示意图。图1BN法检测仪器工作原理示意图图1a中，“门”形电感线圈形成的磁场在被测钢件中所产生的效应取决于工件表面磨削烧伤的实际状况，而由此在工件周围所形成的磁场又

6、会使测头在测试区域的感应线圈中产生相应的电信号，而这一信号直接与工件磨削烧伤的程度有关。图1b是据此研制的测试仪器的组成框图，箭头反映了整个工作过程：由电感线圈引起相应的作用磁场，通过被检工件，进而在传感头中产生对应的检测信号(称为B信号)，该B信号经过放大和滤波等处理环节，最后被显示和输出。磨削烧伤的物理表现主要是因表面金相组织结构变化产生回火层所引起的硬度下降，以及在表面出现的残余应力(拉应力)。图1所示的检测仪器对它们都能作出敏感的反映(见图2)。图2a中的横坐标表示硬度值Rc，而纵坐标表示输出的B信号幅值。随着被检工件表面硬

7、度值Rc由高向低变化，检测仪器输出的相应B信号幅值将由小到大，即硬度低对应的检测信号高，硬度高对应的检测信号低。仪器对表面残余应力的反应见图2b，从中可见，当残余应力由小到大，即由负(压应力)向正(拉应力)变化时，检测仪器输出的相应B信号幅值将由低向高变化。图2BN法检测仪器能够敏感反映出磨削烧伤的硬度及残余应力变化2.评定特征值mp及其定标上述由仪器特殊设计的激磁电路和传感装置产生的检测信号，乃是Barkhansen磁弹法效应的一种量化表达，以特征值mn(magnetoelasticparameter)标志。mp与被检测工件表面的

8、变异状态，如残余应力成比例，其数值能在仪器的屏幕上显示、输出。但利用mp来反映工件磨削烧伤的程度从本质上来说是一种比较测量的方式，为了能够真正地对其做准确的定量描述，还必须解决“定标”的问题。定标包括二项内容：①确定不合格品的界限。有