淬火硬化层深度无损检测仪

p　　磁巴克豪森噪声(Magnetic Barkhausen Noise，MBN)技术作为一种新的无损检测技术，可实现对铁磁性材料早期性能退化及微损伤的检测和评估，能够在材料使用早期确定材料表面应力状态、疲劳损伤状况及微观组织变化特性，从而能够及早发现材料早期损伤的部位，为重要设备或构件的安全评价和剩余寿命评估提供可靠依据。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201607/insimg/8512b097-7a8a-4cfc-93a1-05e223c0f2f0.jpg" title="640.webp.jpg"//pp style="text-align: center "MBN检测装置框图/pp　span style="color: rgb(255, 0, 0) "　strong1. 国外研究现状/strong/span/pp　　目前已有多国的研究人员开展了MBN技术的研究，如德国弗劳恩霍夫研究所、英国纽卡斯尔大学、牛津大学、美国爱荷华州立大学、芬兰Stresstech公司、坦普雷科技大学、巴西圣保罗大学、伊朗马什哈德菲尔多西大学以及印度科技大学等。/pp　　国际上对于MBN效应的研究及应用主要集中在应力检测、疲劳状态分析、硬度检测、微观组织分析、晶粒度测量及表面热处理工艺评价等方面，并提出了许多改善MBN信号的处理方法。/pp　　strong(1)材料应力检测/strong/pp　　材料所受应力主要有两大方面：/pp　　一是外界加载应力，涵盖压应力与拉应力、单向应力与周期应力、低应力和超限应力等 /pp　　二是材料内部残余内应力，包括残余拉应力和残余压应力等。/pp　　对于外加应力，英国的M. Blaow等研究人员在探究铁磁性材料受外力加载弯曲过程中的MBN信号变化时，指出应力会影响材料的磁化能力，改变MBN信号的波峰幅值和波峰位置，并且指出拉应力下的MBN信号多为单峰信号，而压应力下的MBN信号会出现多个峰值。2014年，德国的M.S. Amiri等研究人员指出应力的各向异性和晶体的各向异性对材料的磁化起决定性作用，在铁磁性材料的易磁化轴方向上，应力对MBN信号的影响大于其他方向，并通过磁致伸缩曲线和磁化曲线进行了验证说明。/pp　　对于材料内部的残余应力，目前已有较多的研究成果。如印度的M. Vashista长期研究材料表面残余应力和MBN信号的关系，并指出材料在弹性范围内，MBN磁响应信号与残余应力成正相关的关系。/pp　　strong(2)疲劳状态检测/strong/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201607/insimg/d4675d39-fa9e-403a-ac32-e3ebfd429b27.jpg" title="640.webp (1).jpg"//pp style="text-align: center "金属疲劳过程中产生的缺陷/pp　　目前非常急需铁磁性材料疲劳状态的全生命周期无损检测和评估技术，特别是针对疲劳裂纹形成前和形成初期的检测技术，而MBN技术为解决这一问题提供了有效的理论支撑和技术支持。目前疲劳过程中的MBN信号变化的研究主要集中在位错密度的增加、滑移带的形成、裂纹的萌生等微观结构的变化，以及缺陷数目、畴壁与MBN峰值电压的相互作用等方面。/pp　　金属在循环载荷的作用下，MBN信号变化显著，为了探究循环载荷和单向载荷对MBN信号影响的区别，2004年英国的V.Moorthy研究了En36钢在超限应力(最大达1700MPa)循环作用下的MBN信号特性，指出与单向载荷相比，高应力下的循环载荷会增加材料的位错密度，会使MBN信号峰值减小，加速材料疲劳。/pp　　对于部分非磁性的金属材料，利用MBN技术也可进行疲劳检测。2005年，Vincent等研究人员将MBN技术用于304L奥氏体不锈钢低周疲劳的检测，由于不具有磁性的& #947 铁在冷轧及循环载荷作用下会产生形变，诱导马氏体产生，所以研究人员提出了& #945 ’-马氏体内应力计算的复合模型，通过MBN技术可以测得马氏体体积分数，评估非铁磁性奥氏体不锈钢的疲劳损伤特性。/pp　　strong(3)金属微观组织和晶粒度分析/strong/pp　　关于金属内元素化学成分对MBN信号的影响，巴西的M.F.Campos等研究人员于2011年重点研究了合金钢中镍含量对材料硬度和MBN信号幅值的影响，总结出镍含量少的合金磁畴更易发生偏转。英国的V.Moorthy在2014年比较了碳含量不同(含碳量分别为0.20%和0.41%)钢的MBN信号的差异，并对试件进行了金相组织分析，指出碳含量的变化只会影响波峰的位置，对波峰的高度影响不大，还指出低频激励下的碳钢MBN信号存在两个波峰，而高频激励时只有一个波峰。/pp　　材料中的相含量(如马氏体、铁素体等)不同会影响MBN信号。2014年，伊朗的S. Ghanei详细研究了双相钢中马氏体含量和MBN信号峰值的关系，得出马氏体含量的增大会使MBN信号峰值增大的结论。VINCENT A等研究人员通过研究奥氏体和马氏体相互转换前后MBN信号的差异，来判断材料中的马氏体含量。/pp　　在晶粒度方面，S. Ghanei等研究人员于2014年分析了铁素体-马氏体双相钢中晶粒各向异性、晶体边界等微观结构对MBN信号的影响，指出晶粒尺寸的减小会使晶界密度增大，导致MBN信号增加。墨西哥的P. Martí nez-Ortizyan等研究人员于2014年研究了晶粒的易磁化轴和MBN信号主峰之间的关系，通过转动试样对其进行360& #176 的MBN检测，通过MBN信号能量的不同来确定材料的易磁化轴方向。/pp　　目前对于金属内部化学成分、相含量和晶粒度的研究，大多结合金属材料的金相组织分析进行，虽然得出了MBN信号与相含量相关的定性规律，但是实际工程中通过MBN信号来反向估测相含量的应用或仪器甚少。主要原因在于：/pp　　①MBN信号受多种因素的影响，相含量改变往往伴随着其他影响因素的改变，缺乏通用的定量结论来描述相含量与MBN之间的关系，若单从MBN信号来推测相含量往往精度不高，有失偏颇。/pp　　②在进行化学成分和含量检测时，往往需要通过和已知含量的标准试样MBN信号进行参考比对，实际工程中获取一致的标准试样难度较大。/pp　　strong(4)材料硬度测量/strong/pp　　为了探究由温度变化引起材料硬度不同对MBN信号的影响，2003年，英国的V.Moorthy等研究人员将En36钢加热至不同温度(192℃~900℃)后进行MBN检测实验。结果表明En36钢的MBN信号对材料温度的变化十分灵敏，材料温度越高，其表面硬度越小，测得的MBN信号幅值越大，实验中可检测到的MBN信号的最大深度为425& #956 m。材料热处理后的冷却速率对硬度的影响也较大。2012年，巴西的F.A.Franco等研究人员探究了冷却速率对MBN信号的影响，用顶端淬火的方法设计出材料中不同区域的不同冷却梯度，指出材料冷却速度越快MBN信号越弱。/pp　　国外许多学者都总结得到材料硬度越大MBN信号越弱这一结论，这对于材料硬度测量有很好的指导作用。由于MBN技术只能检测材料表面硬度，而对内部不同的硬度梯度无法进行有效检测，因此无法实现材料内部深度较大区域的硬度检测。/pp　　strong(5)材料表面处理工艺评价/strong/pp　　德国弗劳恩霍夫研究所在金属表面处理和表面残余应力的MBN研究方面有较为显著的成果。2009年利用MBN对不同热处理的合金进行了微残余应力的检测研究，重点比较了室温(20℃)和居里温度(230℃)下残余应力趋于饱和时MBN信号之间的差异，发现材料处于居里温度下的MBN信号远小于室温下的MBN信号。2011年，通过MBN设备对齿轮表面质量进行检测，通过表面(50& #956 m内)MBN信号的特征，推断出材料表面硬度和硬化层深度。/pp　　芬兰的Suvi Santa-aho等研究人员近年来将研究方向聚焦在探究铁磁性材料表面激光加工工艺和MBN信号的关系上，分析了硬化钢渗碳层深度、残余应力等表面质量与激光工艺之间的关系，提出了避免材料重淬火和应力饱和的铁磁性材料表面控制热损伤的技术。/pp　　MBN技术是评价材料表面加工工艺的有效方法之一。目前，通过MBN技术进行表面处理工艺的检测已有成熟的商业化设备，已经应用于一些金属零部件的表面加工工艺检测中，如芬兰Stresstech公司的Rollscan 300检测仪可实现对材料表面加工工艺、残余应力的检测。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201607/insimg/ef0dccfa-f27f-4b09-9fa8-ff5b5743963f.jpg" title="640.webp (2).jpg"//pp style="text-align: center "Rollscan 300表面质量检测仪/pp　strong　span style="color: rgb(255, 0, 0) "2. 国内研究现状/span/strong/pp　　国内对MBN技术的研究始于20世纪80年代中期，近年来开展MBN信号研究的机构主要有南京航空航天大学、北京化工大学、上海交通大学、沈阳工业大学、吉林大学等。/pp　　1988年，原北京钢铁学院的穆向荣等研究人员开展了对双相钢的MBN效应的研究，指出利用MBN技术，可以实现对材料组织结构和组织性能的研究。1994年，华中理工大学的马咸尧等研究人员研究了MBN效应受应力影响的规律，还将MBN技术和磁声发射(MAE)技术进行了对比，指出MBN信号特征依赖于铁磁材料的组织结构和应力状态，拉应力降低了MAE信号强度，而增加了MBN信号强度 压应力可降低MBN信号强度，提出将两效应结合测量，既可提高测量拉应力的灵敏度，又可判别应力的正负值。/pp　　2003年，上海交通大学的陈立功等研究人员开始研制MBN传感器及信号采集处理系统，研究了残余应力和MBN信号的关系，建立了结合虚拟仪器技术的MBN残余应力检测系统，利用该系统进行了铁磁材料热处理后残余应力的分析，指出热处理后的板材MBN强度呈下降趋势。2008年，他们改进了针对各向异性及非均匀残余应力的MBN传感器。/pp　　从20世纪90年代初至今，北京化工大学的祁欣等研究人员持续开展了巴克豪森效应在残余应力检测、硬度和晶粒度分析、相含量的检测及疲劳寿命的预测这四个方面的研究，结果指出：在利用MBN效应进行铁磁性材料内部应力的测量时，激励信号不能过大，否则材料处于饱和磁场中时，会降低MBN信号对内部应力变化的敏感度。2011年，他们设计了抗干扰、输出信号信噪比高的MBN传感器。/pp　　南京航空航天大学的王平等研究人员于2008年开始对MBN现象进行研究。2010年，提出了在高速运行条件下，利用MBN效应，用直流电源作为线圈的激励信号来进行钢轨应力检测。2011年，比较了三角波和正弦波对MBN信号的影响，总结出用三角波作为激励信号时MBN信号的特征值呈现出更好的线性度。2012年，研制了第一代便携式MBN铁轨应力检测仪。2013年，将BP神经网络算法引入了MBN信号处理中，得到应力测量值和真实值的平均误差为1.0618%，检测可靠度较高。2015年，丁松提出了一种名为“偏度skweness”的新的MBN信号特征值评估方法，利用该方法可以获得比均方根电压(RMS)评价法更多的MBN信息。/pp style="text-align: right "　　节选自《无损检测》2016年第38卷第7期/pp style="text-align: right "本文作者：沈功田，博士，研究员，博士生导师，中国机械工程学会无损检测分会主任委员、中国特种设备检测研究院副院长，主要研究方向为声发射、红外和电磁等无损检测新技术。/ppbr//p

在机械众多行业中,需要对重要零部件进行表面硬化处理,尤其是那些高速负荷等受力复杂而繁重条件下的工作零件,如钢件.通过适当的表面热处理方法(以渗碳为例)，使零件表层成为高碳层,以便得到高强度、高硬度、高耐磨性和高接触疲劳强度,并与低碳心部的塑性，韧性良好配合,以便改善零件的耐磨性和耐疲劳性,由此提高零部件的质量及寿命。常见的表面处理有：渗碳、氮化、碳氮共渗、火焰淬火、高频淬火、硬质阳极氧化、镀铬等。表面硬化层深度是评判工件表面质量好坏的重要指标,所以测量工件表面硬化层深度尤为重要。钢件硬化层深度测定包括总硬化层深和有效硬化层深度的测定总硬化层深: 从零件表面垂直方向测量到与基体金属间的显微硬度或显微组织没有明显变化的那一硬化层的距离。有效硬化层深: 当钢进行渗碳或碳氮共渗处理后，回火温度不超过200℃，从硬化层表面垂直向心部位置检测至HMV值550的距离。硬化层深度 常用标准如下:ISO2639-2002GB/T9450-2005GB/T5617-2005ISO3754:1976GB/T9451-2005等硬化层深度 -CHD计算方法确定硬度限值的方法有很多。因此，计算 CHD 值的方法也有很多。您选择的程序取决于所采用的硬化工艺。常见的计算方法如下:渗碳或碳部件 (EN ISO 2639)硬度限值 = 550 HVCHD (Eht) = 从表面到硬度为 550 HV 位置点的距离感应淬硬或火焰淬硬部件（EN 10328 和 ISO 3754）硬度限值 = 80％ × 表面硬度（min）CHD (Rht) = 从表面到硬度为表面硬度（min） 80% 位置点的距离氮化部件 (DIN 50190-3)硬度限值 = 核心硬度 + 50 HVCHD (Nht, NCD) = 从表面到硬度为核心硬度 + 50 HV 位置点的距离（max）硬化层深度测量选 择 的 测量方法及精确度取决于硬化层的性质和估计的厚度。本篇以轶诺FALCON5000G2为例,介绍显微硬度测量法轶诺FALCON5000G2的IMPRESSIONS 智能软件有内置的CHD/SHD/NHD模板,根据标准规定进行规范化的硬度测试。该测试既可在显微图像下，也可在全景图像下直接开始测试。可单独为 NHD测试设置额外的硬度核心点。按照标准，为了确保测试正确进行，测试点的间距会按照最小距离自动设置。省时测试模式在完成所有压痕后，会自动开始测量，当硬度值达到设置下限后，测试序列会自动停止。智能软件 轶诺IMPRESSIONS软件的目的是让复杂性可控优化操作舒适度轶诺的IMPRESSIONS软件具有一系列标准功能,例如自动测量、自动对焦、报告、测试程序存储等。IMPRESSIONS软件智能图表型用户界面包含了先进的应用程序和易学易用的工作流控制系统，只需3秒即可完成一次简单的设置。IMPRESSIONS 的布局和功能不仅能与您特定的应用要求相匹配，还能满足操作人员的偏好和需求。用户分级管理系统也使工作更加舒适和高效。15英寸纵向电容触摸屏为所有可能的应用程序创造了空间。针对有特殊需求的客户，可再选配一个15英寸纵向或24英寸横向的第二屏幕。针对有教学目的的用户（如高校等），也可通过机器标配的HDMI接口外接高清投影仪。“A P P"型的IMPRESSIONS 4对于应用要求更高的用户, 也许标准应用程序还不够用, 那么, 可以选择“A P P"型的应用式软件IMPRESSIONS 4 .

人的心脏有问题了，可以做个心电图检测，查清楚心脏的情况，从而对症下药施治。那大树要是“肚子”里生虫子或者开裂了，除把树木锯开检查外，还有没有简单点的检查方法呢?　　浙江林学院电子信息专业大三学生刘凯等3名同学和导师李光辉，花了3年的时间给大树研究了一个“心电图”检测仪——木材无损检测仪，这几天已经申请专利。价格是国外同类产品的十分之一。　　“170微秒，和数据对比看看，好，健康。”刘凯与合作的同学一起，动作麻利地给一棵直径14厘米的樟树两边各插上了一个传感器，插好后，启动开关，手里的木材无损检测仪上就显示出树木内部应力波的传播速度。从给树木“穿衣服”，到数据显示后显示树木正常，这个过程一共历时3分钟。　　“别看它小，可别小看它。”刘凯称手里的木材无损检测仪为“手持设备”，看着比家用的电视遥控器要厚2倍，宽1倍的样子，“虽然小，但它的测量精度、可靠性和灵敏度比国内外市场上的所有同类产品都高。”　　“这个发明，最重要的是利用脉冲锤撞击树木，使树木内部产生应力波的传播。”李光辉教授介绍说，使用者就是通过测量应力波的传播时间和传播速度的变化，并计算木材弹性模量等参数，通过对比正常同类树种的相关数据，来判断木材内部有无缺陷。　　在国外，同类产品最便宜的也卖到3000多欧元，折合人民币3万多元，而刘凯他们设计的这个仪器，价格则不到3000元。　　活着的树木和古建筑中的木材适用　　“有很多树木，外面看着是好好的，可里面的‘心’早都空了，这样的树特别容易引起火灾。”刘凯说，以往要给树木做检查，都要先把木材砍掉，再用锯子锯开才能了解木材的内部情况。如果是古建筑中的木材，所受的损伤则更大。因此，很多文物保护单位也希望能有简单的防范，提前知道古建筑中的木材内部有没有长虫子或开裂。从2007年初开始，刘凯、蔡步森等3名同学，在李光辉的指导下，利用电子信息、计算机软件开发等专业知识，开始就这一难题进行研究，最终并成功开发出了基于应力波原理的木材无损检测仪。　　“要想不损伤木材进行检测，需要很庞大的设备。”刘凯说，在此之前，木材研究领域也有红外线检测法、超声波检测法、核磁共振检测法等检测方法，但因为设备实在太昂贵，操作程序又复杂而难以推广。　　“这个木材无损检测仪既不破坏材料的原有特性，又能在短时间内连续获得检测结果。”据刘凯介绍，检测仪与被测木材之间不需任何的耦合剂，也不受木材尺寸和形状的影响，更不会对人体造成危害，“所以，活着的古树名木和古建筑中的木材更适合使用。”　　对于学生的这项发明，浙江林学院木材研究专家、木材过程中心负责人马灵飞教授认为，该项仪器能够准确的检测、分辨出健康树木和有内部缺陷的树木，而且便于携带、使用方便，具有很强的实用价值，尤其是对木质文物保护、检测古树名木的健康状况等具有重要作用，该仪器还可以应用在林业管理、林业教学与科研等领域，应该具有广阔的市场前景。　　本文来自: 中国木材网(www.chinatimber.org) 详细出处参考：http://www.chinatimber.org/news/28832.html