针对中锰钢马氏体相变的磁性测量装置及其实现方法与流程

本发明涉及中锰钢马氏体相变的检测与表征方面，具体涉及的是一种针对中锰钢马氏体相变的磁性测量装置及其实现方法。

背景技术：

奥氏体中锰钢受到中低载荷的冲击后，表面会发生马氏体相变，硬度大幅提高，耐磨性能大幅增强，在中低载荷下耐磨性能比高锰钢更好，其中马氏体相变是其耐磨性能的关键因素，通常的分析检测方法中，力学性能检测不能直接判断样品中是否发生了马氏体相变与马氏体的多少，金相显微分析可以看到表面的显微组织与晶粒大小，但无法判断内部马氏体的量，而在中锰钢的XRD图谱中，奥氏体的峰与马氏体的峰相差很小，而且马氏体的量远远少于奥氏体，再加上可能存在的误差、杂质，只从XRD图谱中很难判断是否发生了马氏体相变，因此，中锰钢马氏体相变的机理研究需要一种灵敏度更高、能检测到内部马氏体的检测方法及相应的检测装置。

申请人的另一个发明《基于磁性标记的顺磁箱内物体位移测量装置及其测量方法》(专利申请号：201610029340.6)公开了一种测量装置，其可实现顺磁金属或非金属箱内物体的位移进行无损检测，但无法用于实现中锰钢马氏体相变的磁性测量。原因在于该装置中安装了光栅尺，虽然通过移动磁通门磁强计探头可以测样品磁场的一维分布，但光栅尺本身也有磁性，会产生约3mGs的背景磁场，而冲击后的中锰钢磁场最弱的不到0.5mGs，因此光栅尺会对中锰钢马氏体相变的测量造成严重影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种针对中锰钢马氏体相变的磁性测量装置及其实现方法，其可以检测中锰钢中是否存在马氏体以及定性判断马氏体量的多少。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

针对中锰钢马氏体相变的磁性测量装置，包括磁屏蔽间和龙门式测量架，还包括固定在龙门式测量架内的探头夹，设置在该探头夹下方的磁强计探头，与该磁强计探头连接、并位于磁屏蔽间外的磁通门磁强计数字显示器，位于磁强计探头下方、且用于放置中锰钢样品并定位样品坐标的无磁滑台，与该无磁花台连接、用于使无磁滑台做往复直线运动的丝杆，以及设置在龙门式测量架上、用于固定丝杆两端的固定底座；所述磁屏蔽间内的直流剩磁为1mGs。

作为优选，所述探头夹长度为5cm～10cm。

基于上述结构，本发明还提供了该磁性测量装置的实现方法，包括以下步骤：

(1)将待测的中锰钢样品放在无磁滑台上，并位于磁强计探头正下方，然后调节磁强计探头的高度，使其最大程度上接近样品的上表面，以便磁强计探头测得的样品磁场分量的幅值最大；

(2)通过丝杆控制无磁滑台带动样品移动，然后记录测得的磁场分量强度与坐标，得到样品在坐标0～40mm之间的磁场分量的一维空间分布曲线；

(3)重复步骤(1)、(2)，直至完成所有待测样品的测量；

(4)比较不同样品的磁场分布曲线的幅度、峰的位置，继而判断出不同样品中马氏体是否发生相变、发生相变的位置以及马氏体含量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过设计无磁滑台、丝杆、固定底座，并将磁屏蔽间剩磁从10mGs下降到1mGs，然后采用了新的测量方法对待测的中锰钢样品进行测量，即：磁通门磁强计探头不动，而是通过无磁滑台移动样品，这样就可以避免光栅尺及其他一切背景磁场空间分布不均匀的影响，因为固定的磁强计探头探测到的背景磁场是一个固定的值，对结果分析没有影响。所以，本发明技术方案看似与已经公开的顺磁箱内物体位移测量装置相似，但实质上的差异非常大，并非很容易就能想到，而是需要付出创造性的劳动才能完成。

(2)本发明将待测的中锰钢样品放在无磁滑台上，并位于磁通门磁强计探头正下方，然后调节探头高度，使其尽量接近样品的上表面，如此测量方式，可以使探头测得的信号更强，进而不仅能够测量中锰钢内马氏体经地磁场磁化后产生的磁场大小，而且同一批次以相同方法测量的中锰钢样品的磁场分量幅值可反映其中马氏体的含量。

(3)本发明检测灵敏度高，通常，在XRD图谱中难以区分奥氏体和马氏体的峰，因而难以判断是否发生了马氏体相变，但采用本发明的结构及其磁性测量的方式可以很容易判断，即马氏体是铁磁性，而奥氏体是顺磁性。因此，本发明是一种非常新颖的检测马氏体相变的方法。

(4)本发明可以在X射线衍射法难以分辨马氏体峰的情况下定性测量出马氏体的多少，并测得中锰钢样品的磁场分量幅值大小与其冲击韧性正相关，从而为马氏体相变机理的研究提供帮助。

(5)本发明采用的测量方法不仅对材料无损伤，而且对人体健康无害，这是因为本发明在测量时不会产生任何电离辐射，且测量的磁场大小也只有毫高斯(mGs)量级，是很弱的磁场，因此对被测材料和生物没有任何影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明-实例1的样品磁场分量一维分布示意图。

图3为本发明-实例1的样品冲击前后XRD图谱的对比示意图。

图4为样品冲击韧性与磁场分量幅值的关系图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-磁屏蔽间，2-龙门式测量架，3-探头夹，4-磁强计探头，5-磁通门磁强计数字显示器，6-无磁滑台，7-丝杆，8-固定底座，9-待测中锰钢样品。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供了一种针对中锰钢马氏体相变的磁性测量装置，其包括磁屏蔽间1(本实施例中，磁屏蔽间1内的直流剩磁为1mGs)、龙门式测量架2、探头夹3、磁强计探头4、磁通门磁强计数字显示器5、无磁滑台6、丝杆7和固定底座8。

所述的龙门式测量架2由4040铝型材及铝质连接件、铜质紧定螺丝搭建而成。所述探头夹3固定在龙门式测量架2内，其长度为5cm～10cm；所述的磁强计探头4设置在探头夹3下方；所述磁通门磁强计数字显示器5与磁强计探头4连接，并位于磁屏蔽间1的外部。这部分的结构设计与申请人设计的“顺磁箱内物体位移测量装置”相似。

所述的无磁滑台6位于磁强计探头4下方，用于放置中锰钢样品9(如图1所示)，并定位样品坐标。所述的丝杆7与无磁滑台6连接，用于使无磁滑台6做往复直线运动。所述的固定底座8设置在龙门式测量架2上，用于固定丝杆7的两端。

下面对本发明的测量过程进行介绍。

由于中锰钢受冲击、磨损后，部分奥氏体会转化为马氏体，前者为顺磁性，而后者为铁磁性，在地磁场下会自然磁化。因此，将发生相变的中锰钢样品放在无磁滑台6上，并位于磁强计探头4的正下方，然后调整样品的取向和位置(最大程度上接近样品的上表面)，使磁通门磁强计数字显示器测得的样品磁场分量的幅值最大。

而后，利用丝杆7带动无磁滑台6移动样品，并记录样品磁场的一维空间分布曲线，然后曲线幅值大小便可以定性地反映样品中马氏体相变的多少，同时能在一定程度上反映样品的冲击韧性。下面以一实例进行具体说明。

实例1

1)将无磁滑台6移动至指定的初始位置，将样品1沿着指定方向放在无磁滑台6的指定位置，调节探头夹3使磁强计探头4距离样品1较近并且平行于样品；

2)通过无磁滑台6从左至右移动样品1，同时记录磁通门磁强计数字显示器5的磁场分量数值及坐标，得到坐标0mm～40mm之间的磁场分量的一维分布曲线；

3)重复1)和2)的操作，将样品1换成样品2～8，得到一系列样品的磁场分量曲线，如图2所示，这8个中锰钢样品的尺寸一致，冲击面也一致，仅成分有所不同。

而后，分析8个样品的磁场分量曲线，并与XRD图谱(如图3所示)作比较。通过比较，可以发现，在XRD图谱中，奥氏体43°的峰在冲击后变化不明显，仅有4号、7号、8号样品产生一些小峰，这是马氏体相变的证据，而在磁场分量曲线中，4号、7号、8号样品的幅值最大，十分明显，而其它样品的幅值也比较明显，但在XRD图谱中并不明显，这说明采用本发明所述的测量方法在判断中锰钢发生马氏体相变的灵敏度比XRD方法要高。

接着，测量8个样品的冲击韧性，然后与其磁场分量幅值进行比较，如图4所示，可以很明显地发现，冲击韧性低的样品，其磁场分量幅值也低，马氏体含量少；而冲击韧性高的样品，磁场分量幅值也高，马氏体含量多，这说明二者存在很强的正相关关系。因此，本发明可以检测中锰钢的马氏体相变，灵敏度较高，并且测得的磁场分量幅值与其冲击韧性正相关，有助于研究中锰钢马氏体相变的机理。

本发明通过合理的结构及测量方式设计，很好地检测出了中锰钢中是否存在马氏体，并定性判断了马氏体的含量。本发明装置在测量过程中，样品只需放在自然环境下，由地磁场自然磁化，无需施加强磁场，而针对不同成分的中锰钢冲击实验样品，本发明可以检测出其磁性明显集中于冲击的一端，不同样品测得的磁场分量大小有显著不同，对应的冲击韧性也有显著区别。因此，与现有技术相比，本发明技术进步明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。