一种铁磁金属材料应变硬化指数的磁性无损检测方法与流程

本发明属于金属材料检测领域，涉及一种磁性无损检测方法，具体涉及一种铁磁金属材料应变硬化指数的磁性无损检测方法。

背景技术：

应变硬化指数n反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标，大多数金属材料的n值在0.1~0.5之间。应变硬化指数n具有显著的工程意义，如金属材料的n值较大，则加工成的机件在服役时承受偶然过载的能力就比较大，可以阻止机件某些薄弱部位继续塑性变形，从而保证机件安全服役。同时，应变硬化指数n对板材冷变形工艺有重要影响；n大的材料，应变硬化效应高，变形均匀，减少变薄和增大极限变形程度，不易产生裂纹。n值还对应变硬化效果有重要意义。n值大者，应变硬化效果就很突出，如18-8不锈钢n值高，变形前强度为Rp0.2=196MPa，Rm=588MPa；经40%轧制后，Rp0.2=784~980MPa，提高3~4倍，Rm=1174MPa，提高1倍。

然而，对于n值的测定目前并无直接而快捷的方法。通常采用的方法是先进行简单的拉伸试验获得应力应变曲线，然后对曲线数据进行处理并通过数据拟合计算得到n值。基于此，为获得金属材料n值，常规条件下所测的每个试样必须先加工成拉伸试样并进行拉伸试验，获得应力应变曲线后再进行拟合。该过程涉及拉伸试样的加工和拉伸试验的开展，步骤相对较多，耗费时间长，且拉伸试样较大所需用料多，拉伸试验又属破坏性试验，在材料相对紧张的场合不利于测试工作的开展。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种铁磁金属材料应变硬化指数的磁性无损检测方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种铁磁金属材料应变硬化指数的磁性无损检测方法，它包括以下步骤：

（a）测试并记录铁磁金属材料试样初始状态的应变硬化指数和磁硬度系数；

（b）测量并记录不同冷变形压下量条件下所述铁磁金属材料试样的应变硬化指数和磁硬度系数；

（c）以所述铁磁金属材料试样的磁硬度系数为横坐标、应变硬化指数为纵坐标，利用线性拟合建立模型；

（d）测试并记录待测铁磁金属材料试样的磁硬度系数a，将其代入步骤（c）的所述模型中，计算得对应冷变形条件下试样的应变硬化指数，判定其应变硬化行为。

优化地，步骤（a）和步骤（b）中，所述应变硬化指数的测定方法包括以下步骤：

（x1）对所述铁磁金属材料试样进行拉伸试验获取应力应变曲线，得到多组对应的真应力σ和真应变ε；

（x2）将对应的所述真应力σ和真应变ε代入式（1）中进行线性拟合，斜率即为所求的应变硬化指数值；

Lgσ =LgK+nLgε （1）。

进一步地，步骤（a）、步骤（b）和步骤（d）中，所述磁硬度系数的测定方法包括以下步骤：

（y1）对所述铁磁金属材料试样进行磁性能测试获取磁化曲线，得到多组对应的磁化强度M和磁场强度H；

（y2）将对应的所述磁化强度M和磁场强度H代入式（2）中画出M~1/H线性部分，即可求得磁硬度系数a；

（2）；

式中，Ms为铁磁金属材料的饱和磁化强度，单位为A/m，b为和材料的磁晶各向异性有关的参数；所述磁场强度H＞10⁴A/m。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明铁磁金属材料应变硬化指数的磁性无损检测方法，通过测试铁磁金属材料的初始状态和不同冷变形压下量条件下的应变硬化指数和磁硬度系数建立模型，再将后续测得的磁硬度系数代入即可，可以实现以无损的方式快速地得到后续试样应变硬化性能，省去拉伸试样加工和拉伸试验过程，不但能提高效率，而且可以降低成本，同时解决了材料短缺条件下无法进行拉伸试验的问题。

附图说明

图1为本发明铁磁金属材料试样初始状态下的lgσ~lgε拟合曲线；

图2为本发明铁磁金属材料试样在冷变形压下量为20%的lgσ~lgε拟合曲线；

图3为本发明铁磁金属材料试样在冷变形压下量为30%的lgσ~lgε拟合曲线；

图4为本发明铁磁金属材料试样在冷变形压下量为40%的lgσ~lgε拟合曲线；

图5为本发明铁磁金属材料试样在冷变形压下量为50%的lgσ~lgε拟合曲线；

图6为本发明铁磁金属材料试样不同压下量试样M~1/H拟合曲线；

图7为本发明铁磁金属材料试样的n~a 拟合曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。

本发明铁磁金属材料（本实施例中选取国产RPV钢）应变硬化指数的磁性无损检测方法，它包括以下步骤：

（a）测试并记录铁磁金属材料试样初始状态（即冷变形压下量为0%时的状态）的应变硬化指数n0和磁硬度系数a0：

具体为：（x1）对初始状态的铁磁金属材料试样进行拉伸试验获取工程应力应变曲线，根据应力应变曲线得到多组对应的真应力σ0、真应变ε0以及对应的真应力真正应变曲线；真应力真正应变和工程应力应变的换算关系为：σ0 =σi（1+εi），ε0=ln（1+εi）；

（x2）将多组对应的真应力σ0和真应变ε0（即选取真应力应变曲线上的均匀塑性变形段数据）代入式（1）（式1由Ludwik-Hollomon方程式推导得到）中进行线性拟合，斜率即为所求的应变硬化指数值；

Lgσ =LgK+nLgε （1）；式中，K为材料的强度系数；

在本实施例中，如图1所示，最终式（1）为Lgσ =2.975+0.1876Lgε，n=0.1876。

磁硬度系数的测定方法包括以下步骤：

（y1）对初始状态的铁磁金属材料试样进行磁性能测试获取磁化曲线，得到多组对应的磁化强度M0和磁场强度H0；

（y2）将多组对应的磁化强度M0和磁场强度H0代入式（2）中画出（即拟合出）M~1/H线性关系部分即可求得磁硬度系数a；

（2）；

式中，Ms为铁磁金属材料的饱和磁化强度，单位为A/m，b为和材料的磁晶各向异性有关的参数；所述磁场强度H＞10⁴A/m，当磁场强度H＞10⁴A/m时，a/H项后面部分参数对M的影响很小可以忽略；在本实施例中，拟合的曲线如图6所示；

公式（2）由公式（3）简化而来：

（3）；

式中，χp为顺磁磁化过程的磁化率，而顺磁项只有在外磁场强度非常强时才表现出来，因此常规条件的顺磁磁化过程对磁化的贡献可以忽略。

（b）测量并记录不同冷变形压下量条件（即冷变形压下量分别为20%、30%、40%和50%）下所述铁磁金属材料试样的应变硬化指数和磁硬度系数；具体测试方法与步骤（a）中的一致，冷变形压下量分别为20%、30%、40%和50%时的磁硬度系数a拟合曲线如图2至图5所示；

（c）以所述铁磁金属材料试样的磁硬度系数为横坐标、应变硬化指数为纵坐标，利用线性拟合建立模型；通过步骤（a）和步骤（b）拟合所得的n和a数据，并以a为横坐标、n为纵坐标进行线性拟合，建立n~a模型，如图7所示，本案例中n和a之间的关系式为n=1.381-0.0011a；

（d）测试并记录待测铁磁金属材料试样的磁硬度系数a（具体测试方法与步骤（a）中的一致，计算得10%压下量的RPV试样a=1102），将其代入步骤（c）的所述模型中，计算得对应冷变形条件下试样的应变硬化指数n=1.381-0.0011×1102=0.16，判定其应变硬化行为。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。