Page 36 - 理化检验-物理分册2022年第二期

沈正祥, 等: 蓄能器承压壳体热处理效果的无损评估

2.2 磁场强度与磁场梯度分析
热处理残余应力对壳体的疲劳寿命有着重要影
响, 研究表明, 铁磁性材料的应力集中与磁场强度变
化存在对应关系, 热处理会使材料的磁特性发生变
化 [ 10 ] 。图5为35CrMo钢壳体的磁记忆信号曲线( 图
和磁场梯度
中1~8表示通道号), 观察磁场强度 H p
dH / dx 的变化特征, 1 壳体的曲线整体较为平缓, 但
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两端存在明显的突跃变化( 虚线框内), 对应的磁场梯
度 dH / dx 也超过极限值, 表明这些位置可能存在应
图 6 热处理前后 35CrMo钢壳体的磁场强度与
力集中。经调质热处理后, 2 壳体的曲线尽管还存 梯度均值变化柱状图
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在局部突变, 但磁场梯度 dH / dx 总体均低于极限值, 2.3 力学性能与矫顽力
应力消除效果显著。磁场信号的特征参量k ( x ) 和 [ 11 ]
ave 表 3 为热处理前后 35CrMo 钢的力学性能 。
Δ H 如式( 1 ),( 2 ) 所示。 图 7 为 1 , 2 壳体不同测量点的矫顽力和硬度分
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k ( x ) ( 1 ) 布, 可看出壳体的硬度分布均匀。硬度检测时需打
ave=d H / dx ave
( 2 )
Δ H = H p max -H p min ave 磨壳体表面, 这会对金属造成轻微破坏, 检测结果严
式中: H 为磁场强度; H p max 为最大磁场强度; H p min 格来说属于壳体表层硬度。矫顽力检测是通过直流
为最小磁场强度; k ( x ) 为磁场梯度平均值。 电对壳体材料进行磁化, 磁力线穿过材料内部, 可对
ave

8~12mm 深度的材料组织进行检测。研究表明,
氧化皮、 铁锈等形成的空气间隙会增加磁阻, 这是矫
顽力出现波动的主要原因, 但对实际检测结果的综
合误差影响不大 [ 12 ] 。
表 3 热处理前后 35CrMo钢的力学性能
抗拉 屈服 延伸 断面收缩
状态
强度 / MPa 强度 / MPa 率 / % 率 / %
热轧 867.59 752.15 14.34 58.33

调质 1024.20 929.23 17.76 54.08

图 5 35CrMo钢壳体的磁记忆信号曲线

图 6 为热处理前后 35CrMo钢壳体的磁场强度
与梯度均值变化柱状图, 可看出热处理后 k ( x )
ave
与 ΔH 的变化趋势和幅值的变化趋势基本一致, 且
均显著提高。磁记忆信号受材料热处理的相变组织
和残余应力影响较大, 原始态 35CrMo 钢的显微组
织为铁素体 + 珠光体, 但晶粒较大; 经调质 热处理
后, 35CrMo钢 的 显 微 组 织 为 回 火 索 氏 体, 晶 粒 细 图 7 1 , 2 壳体不同测量点的矫顽力与硬度分布
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化, 磁 导 率 变 小, 磁 场 强 度 变 大, 相 应 的 ΔH 也 变
35CrMo钢经淬火后, 其强度和硬度大幅增加,
大, 最终导致k ( x ) 增大。 #
ave 但塑性变差。高温回火后, 其塑性增强。调质态 2
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