韩洪雄，张法光
(贵州省机电研究设计院，贵州 贵阳 550001)
金属磁记忆是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法。克服了传统无损检测的缺点，能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效及损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。由于应力集中往往早于缺陷产生之前出现，所以金属磁记忆检测方法的突出优点是具有预报作用，可在零件失效之前采取措施，避免事故的发生，使损失降至最低程度[1-2]。然而，由于该技术发展时间较短，研究少，金属磁记忆信号非常微弱，会受到多种干扰因素的影响，这就使得实现金属磁记忆信号的定量化存在诸多困难。金属磁记忆技术如何应用于再制造毛坯寿命预测领域，一直是再制造寿命评估研究的重点和难点问题。
本文主要通过对光滑试棒进行拉伸扭转试验，对预制缺陷试验件进行拉伸疲劳试验，然后进行磁记忆检测，记录磁记忆信号的变化规律，分析磁记忆信号与材料累积损伤及裂纹扩展之间的关系，建立基于磁记忆信号的损伤基础模型，通过这些基础试验工作及收集的磁记忆变化规律建立初步的剩余寿命的指标体系，为磁记忆检测技术在电机主轴中的评估提供试验依据。
1.1 试验方法
拉伸和扭转试验研究对象为45#钢试棒，试棒按照GB/T228—2002标准进行设计并制造，考虑到加工过程中产生的残余应力对磁记忆信号的影响，所有试验件均进行850 ℃正火处理，检测方向沿AB方向，检测长度100 mm，光滑试验件简图见图1，试验件化学成分与力学性能见表1，应力应变图见图2、图3。
表1 45#钢试验件化学成分与力学性能
拉伸和扭转试验均在某公司配备的电子万能试验机(CMT5305)和电子万能扭转试验机(CTT1003)上进行，其中拉伸试验拉力从3000 N到7000 N共5组，扭转试验从360°到900°共4组，试验参数设置如表2和表3所示。
表2 拉伸试验
表3 扭转试验
磁记忆检测在涡流/磁记忆检测仪上进行。对磁记忆探头进行大地校准后即开始检测，检测过程中，探头行进速度为10 mm/s。
1.2 试验结果与分析
拉伸试验后，对工件磁记忆信号的检测结果如图4所示。
扭转试验后，对工件磁记忆信号的检测结果如图5所示。
对拉伸和扭转试验后工件的磁记忆信号分析可知：随着拉伸力与扭转角度的变化，磁记忆检测信号斜率变化极其不规律，经过对工件拉伸和扭转后表面观察和分析，由于工件变形导致表面不连续，工件表面距离探头距离不定，进而影响了检测信号，导致检测信号呈现出不规律性。
2.1 试验方法
对预制缺口螺栓进行拉伸疲劳试验，首先用电火花对螺栓预制缺陷，在光杆部位割0.5 mm深、0.5 mm宽的缺口，对螺栓退磁处理后再进行疲劳试验。如图6所示。
本次试验在QBG-50型高频疲劳试验机上进行，高载7.74 kN，低载0.77 kN。先将一件螺栓拉伸断裂，总频次为37500次，然后对拉伸次数进行等分，依次对螺栓进行4700次、9400次、14100次、18800次、23500次、28200次、32900次、37600次疲劳拉伸，检测磁记忆信号变化情况。
2.2 试验结果与分析
结果分析：随着螺栓拉伸次数的增加，磁记忆信号斜率随之增大，但是在28200次时，相较于23500次磁曲线斜率有所下降；
磁曲线斜率总体上呈现良好的线性，对斜率K和拉伸次数N进行线性拟合，得到K～8×10-6N。
表4 磁曲线斜率与拉伸次数关系表
1)本文对光滑试棒进行了拉伸和扭转试验，结果表明，随着拉伸力与扭转角度的变化，磁记忆检测信号斜率变化极其不规律，经过对工件拉伸和扭转后表面观察和分析，由于工件变形导致表面不连续，工件表面距离探头的距离不定，进而影响了检测信号，导致检测信号呈现出不规律性。
2)对预制缺陷试件进行了拉伸疲劳试验，结果表明，随着螺栓拉伸次数的增加，磁记忆信号斜率随之增大，但是在28200次时，相较于23500次磁曲线斜率有所下降；
磁曲线斜率总体上呈现良好的线性，对斜率K和拉伸次数N进行线性拟合，得到K～8×10-6N。
3)在拉伸疲劳试验过程中，存在个别磁记忆信号异常输出现象，其原因可能跟各种磁性金属构件工作的环境、力学性能及微观组织不同存在一定关系，后期还需要进行大量的试验进行深入研究，为金属磁记忆检测技术的应用和推广提供真实试验依据。
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