CN106872565A - 铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法 - Google Patents

Abstract

铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，属于微磁无损检测技术领域。不同磁滞特性的两种金相以均匀混合或分层组合方式存在时，整体材料的磁滞特性体现了两种金相磁滞特性的复合效应，且与金相组分体积占比有关。主要采用磁滞回线测量装置测得铁磁性试件的微分磁导率曲线，依据微分磁导率曲线中出现的双峰现象，提取双峰特征参数(包括单峰值、单峰面积、双峰峰值比、双峰单峰面积比)，用于反映铁磁性材料金相组分体积占比的变化。基于该方法，采用适用于平面或轴类构件的磁滞回线测量装置，可以实现双相钢金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度的在线、无损测量。

Description

铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法

技术领域：

铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，属于微磁无损检测技术领域，可以实现双相钢金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度的在线、无损测量。

背景技术：

铁磁性材料制备零部件过程，其内部的多种金相存在均匀混合和分层组合两种形式，具体体现为双相或多相钢，以及零部件表面的硬化层等。材料金相体积占比可以体现微观结构中的金相组分变化，或者硬化层深度等信息，对其进行检测可以有助于零部件表面微观结构或力学性能的评价。但当前采用的主要检测手段如硬度测试、金相分析等，均只能针对金相试样进行，为破坏式检测。磁测法具有无损检测特点，对材料的微观金相变化非常敏感，有望应用于材料金相组分体积占比的测量。其基本原理是通过测试材料的磁滞回线，提取相关特征参数反映金相组分体积占比的变化规律。微分磁导率双峰曲线很好地反映了两相材料或含硬化层材料的宏观磁特性复合效应，可以用于实现材料金相组分体积占比的无损表征。因此，本发明提出一种基于微分磁导率双峰曲线的铁磁性材料金相组分体积占比测量方法，有望应用于零部件表面微观结构或力学性能的在线、无损评价。

发明内容：

本发明提供了一种铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，本发明的目的在于克服无法快速、无损、在线检测铁磁材料金相组分体积占比。为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

1.铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，其特征在于，由两种具有不同磁滞特性的金相，以均匀混合或分层组合方式形成的整体材料的微分磁导率曲线存在双峰现象，微分磁导率曲线的双峰特征参数(包括单峰峰值、单峰面积、双峰峰值比、双峰单峰面积比)，可以定量表征金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度的变化。

2.为提取所述的双峰特征参数，其具体步骤如下：

第一.磁滞回线的测取：采用磁滞回线测量装置，由激励线圈、感应线圈、磁轭、霍尔元件、函数发生器、功率放大器、示波器等组成，激励出的低频0.01Hz～0.05Hz励磁场饱和磁化被测铁磁性材料，利用感应线圈测取磁感应时域信号U(t)，经数字积分后得到磁感应强度B(t)，霍尔元件测取表面切向磁场时变信号H(t)，由此得到磁滞回线B-H，其切向磁场强度范围为-H_max～H_max；

第二.微分磁导率双峰曲线的获取：选取磁滞回线B-H的上升区段，计算磁感应强度B对切向磁场强度H的微分值(即微分磁导率曲线μ_d)，得到微分磁导率曲线μ_d-H；

第三.双峰特征参数的提取：读取微分磁导率曲线μ_d-H中的双峰峰值P₁和P₂，及其对应的切向磁场强度H₁和H₂(H₁＞H₂)，计算切向磁场强度处于H₁～H_max范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₁，以及切向磁场强度处于-H_max～H₂范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₂，由此得到单峰峰值(P₁和P₂)、单峰面积(S₁和S₂)、双峰峰值比(P₁/P₂、P₂/P₁)、双峰单峰面积比(S₁/S₂、S₂/S₁)。

3.铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，需针对同种铁磁性材料制备已知金相组分体积占比的多个试件，依据所述的方式测试和提取微分磁导率曲线的双峰特征参数，并标定出金相组分体积占比和双峰特征参数的关系方程，依据该关系方程对待测试件的金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度进行定量测量。

附图说明：

图1磁特性不同的两种金相及其复合材料的磁滞回线；

图2金相组分体积占比对微分磁导率双峰曲线的影响；

图3微分磁导率双峰曲线的特征参数；

图4磁滞回线测量装置；

图5感应淬火45号钢硬化层深度对其双峰特征参数的影响规律；

图中：1-金相1的磁滞回线 2-金相2的磁滞回线 3-两相复合材料的磁滞回线 4-金相1的微分磁导率曲线 5-金相2的微分磁导率曲线 6-两相复合材料的微分磁导率曲线7-面积S₁ 8-面积S₂ 9-峰值P₂ 10-峰值P₁ 11-励磁线圈 12-磁轭 13-金相1和金相2均匀混合材料 14-金相1和金相2分层复合材料 15-霍尔元件 16-感应线圈 17-被测铁磁性试件

具体实施方式：

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述：

本发明提供一种铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，所述测量方法包括以下步骤：

S1：应用磁滞回线测量装置测得材料的微分磁导率双峰曲线。

以同种铁磁性材料已知金相组分体积占比的多个试件为实验对象，利用函数发生器激励7V、0.05Hz的正弦信号，经过功率放大器通入励磁线圈11信号，磁场经过磁轭12作用到试件17中，霍尔元件15测量得到切向磁场时变信号H(t)，感应线圈16测量得到磁感应时变信号U(t)，积分得到磁感应强度B(t)，即可绘制磁滞回线B-H。被测铁磁性试件17有两种类别，分别是金相1与金相2以均匀混合13或分层复合14方式存在，如图1所示金相1的磁滞回线为1，金相2的磁滞回线为2，两相复合材料的磁滞回线为3。

S2：提取复合材料的微分磁导率双峰特征参数。

选取上述磁滞回线B-H的上升区段，计算磁感应强度B对切向磁场强度H的微分值(即微分磁导率曲线μ_d)，得到微分磁导率曲线μ_d-H，如图2所示4是金相1的微分磁导率曲线，5是金相2的微分磁导率曲线，6是被测铁磁性试件的微分磁导率双峰曲线，随着金相1的体积占比β₁与金相2的体积占比β₂变化

(β₁+β₂＝100)，相应的被测铁磁性试件的微分磁导率双峰曲线6变化，由此提取出双峰特征参数如图3所示,10是金相1的单峰峰值P₁，9是金相2的单峰峰值P₂，提取出单峰峰值(P₁和P₂)及其对应的切向磁场强度H₁和H₂(H₁＞H₂)，计算切向磁场强度处于H₁～H_max范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₁即7，以及切向磁场强度处于-H_max～H₂范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₂即8，由此得到单峰峰值(P₁和P₂)、单峰面积(S₁和S₂)、双峰峰值比(P₁/P₂、P₂/P₁)、双峰单峰面积比(S₁/S₂、S₂/S₁)。

S3：对铁磁性材料金相组分体积占比进行测量。

提取出微分磁导率曲线的双峰特征参数单峰峰值(P₁和P₂)、单峰面积(S₁和S₂)、双峰峰值比(P₁/P₂、P₂/P₁)、双峰单峰面积比(S₁/S₂、S₂/S₁)，并标定出金相组分体积占比和双峰特征参数的关系方程F。求待测试件的金相组分体积占比时，将待测试件的双峰特征参数代入表征关系方程F，即可实现对待测试件的金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度的定量测量。如图5所示为感应淬火45号钢的三种双峰参数(P₁、P₂、P₁/P₂)与硬化层深度间的关系，三种双峰参数可以很好得表征表面硬化层深度，实现对感应淬火45号钢硬化层深度的无损、在线测量。

Claims (2)

1.铁磁材料金相组分体积占比的微分磁导率曲线检测方法，其特征在于，由两种具有不同磁滞特性的金相，以均匀混合或分层组合方式形成的整体材料的微分磁导率曲线存在双峰现象，采用磁滞回线测量装置，在0.01Hz～0.05Hz励磁条件下测得的微分磁导率曲线的双峰特征参数，双峰特征参数包括单峰峰值、单峰面积、双峰峰值比、双峰单峰面积比之一或者多种，定量表征金相组分体积占比的变化；针对同种铁磁性材料制备已知金相组分体积占比的多个试件，提取出试件的双峰特征参数，运用数据处理标定出金相组分体积占比和双峰特征参数的表征关系方程；求待测试件的金相组分体积占比时，将待测试件的双峰特征参数代入表征关系方程，实现对待测试件的金相组分体积占比或者铁磁性构件表面硬化层深度的定量测量。

2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，双峰特征参数测试和提取步骤为：

a.采用磁滞回线测量装置，由电磁铁提供低频0.01Hz～0.05Hz励磁场对被测铁磁性材料进行饱和磁化，利用感应线圈测取磁感应时域信号U(t)，经数字积分后得到磁感应强度B(t)，霍尔元件测取表面切向磁场时变信号H(t)，由此得到磁滞回线B-H，其切向磁场强度范围为-H_max～H_max；

b.选取磁滞回线B-H的上升区段，计算磁感应强度B对切向磁场强度H的微分值即微分磁导率曲线μ_d，得到微分磁导率曲线μ_d-H；

c.读取微分磁导率曲线μ_d-H中的双峰峰值P₁和P₂，及其对应的切向磁场强度H₁和H₂，其中H₁＞H₂，计算切向磁场强度处于H₁～H_max范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₁，以及切向磁场强度处于-H_max～H₂范围内微分磁导率曲线与横坐标H的面积S₂，由此得到单峰峰值P₁和P₂、单峰面积S₁和S₂、双峰峰值比P₁/P₂、P₂/P₁、双峰单峰面积比S₁/S₂、S₂/S₁。