基于疲劳性能的热损伤磁参数表征

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1、摘要材料的磁性能在一定条件下与材料的机械性能存在耦合关系，研究结构钢热损伤程度的磁参数定量表征方法及相关问题，对结构件的寿命预测和可靠性评估具有重要的理论意义和工程实用价值。本文采用实验测试与理论分析相结合的方法，研究了基于疲劳性能的热损伤磁参量定量表征的宏观规律，分析了热损伤降低疲劳性能的微观机理。通过对激光烧伤试样的磁参量和疲劳寿命的对应测试，发现热损伤区与J下常区巴克豪森信号、剩磁、磁导率和磁滞回线面积等磁参数的比值可定量表征300M钢的热损伤程度，且这些比值与热损伤区疲劳强度的缩减度线性相关。提出了微观组织与应力两因素的交互乘积作用是导致巴氏

2、磁参量总体变化的假设，由此推导出了以名义应力幅为自变量，巴氏磁参量为参变量的疲劳寿命表达式，利用该式成功地对不同热损伤程度试样的疲劳数据进行了有效的归一化处理，表明该式可预测含热损伤构件的疲劳寿命。热损伤造成的疲劳性能降低，其物理本质归结为短时局部高温加热产生高温过回火组织使受热区域的力学性能降低，同时在过回火区附加了有害的残余拉应力。在一定范围内，疲劳试样轴向应力变化与巴氏磁参量线性相关，对应相同的拉应力值，高温回火组织能感应出相对最高的巴克豪森信号值，退火组织次之，低温回火组织和淬火组织最低。正常试样的疲劳断口表现为较平坦的单裂纹源疲劳断口，而烧

3、伤试样的裂纹源总是位于烧伤区的边缘，且形成台阶状多裂纹源形态，表明烧伤区相对其他区域更脆弱，裂纹源易在此处形成，且裂纹开裂的微观机制与正常试样不同，在宏观上表现为疲劳寿命较短。关键词巴克豪森：热损伤；疲劳性能：磁参量；回火组织；残余应力AbstractAccordingtothecouplingbetweenthemagneticandmechanicalpropertiesofmaterial，themethodusingthemagneticparameterstocharacterizethedegreeofthermaldamageofstr

4、ucturalsteelisstudied．Itprovidestheimportantsignificanceoftheoryandthetechnicalusingvalueonbothfatiguelifeforecastandthereliabilityevaluationofthestruetta'alworkpieces．Analyzingmethodcombiningexperimenttestingandtheoreticalcalculatingareusedinthispaper．Basedonfatigueproperties，

5、thecorrelationofquantitativecharacterizationsofthermaldamagebymagneticparametersisstudied．Andthemicro—mechanismofthefatiguepropertiesdeclinecausedbythermaldamageisalsostudied．Magneticparametersevaluationandthefatiguetestingwerecarriedondifferentlaser-burntspecimensof300Msteel．A

6、nalysesontheresultsshowthatthereductionfactoroffatiguestrengthdecreaseslinearlyastheratioofmagneticparameterssuchasBarkhausennoise(namelyBN^，remanentmagnetization，magneticpermittivity,andtheareaofmagnetichysteresisloopincreases，suggestingthatthesemagneticparameterscanbequantita

7、tivelyandeffectivelyusedtocharacterizethedegreeofthermaldamageof300Mstee】ThenewfatiguelifeequationhavingthenominalstressamplitudeasindependentvariableandthemagneticBarkhausenparameterasdependentvariablewasbuiltaccordingtothehypothesisthatthechangeofthevalueofmagneticBarkhausenp

8、arameterwascausedbythearithmeticproductofthefactorsofm