Page 44 - 理化检验-物理分册2024年第五期

侯怀书, 等: 不同回火温度下 C60模具钢硬度的涡流测试方法

有效地预测4340回火钢的纤维组织性能。 适的回火工艺能调整模具钢原始组织的不均匀性和
笔者以 C60模具钢为研究对象, 采用中心频率 硬度, 以满足实际生产需求 [ 14-16 ] 。经过多次的试验
为4kHz的矩形穿过式涡流探头, 对试样进行不同 研究, 制定了合适的 C60模具钢回火试验方案。将

参数的回火处理; 观察不同回火条件下材料的显微 试样回火温度分别设置为 300 , 340 , 380 , 400 , 440 ,
组织, 确定显微组织与材料电磁特性参量、 力学性能 480 , 550 , 590 , 630℃ , 保温2h后出炉自然空冷。

的关系; 采集不同回火温度下试样的涡流信号, 将涡 利用电火花线切割方法在回火处理后的试样上
流阻抗和试样的洛氏硬度进行回归分析, 确定了涡 取样, 试样经磨抛后, 用4% ( 体积分数) 硝酸乙醇溶
流信号阻抗与洛氏硬度之间的电磁数学方程, 为 液对其进行腐蚀, 在光学显微镜下观察其显微组织。
C60模具钢材料硬度的无损检测提供理论依据。 用洛氏硬度计对经过不同回火温度处理后的试样进
行硬度测试, 每个试样正反面共测24个点, 将最后
1 试样制备
得到的算数平均值作为该试样的最终硬度。 C60模

试验材料选用厚度为3mm 的 C60模具钢, 其 具钢的不同回火工艺参数及硬度测试结果如表 2
化学成分如表1所示, 该产品已经过淬火处理。合 所示。
表1 C60模具钢的化学成分 %
质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Ni Cu
实测值 0.57~0.65 0.17~0.37 0.50~0.80 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25
表2 C60模具钢的不同回火工艺参数及硬度测试结果 式中: 为金属材料的磁导率; A 为线圈的截面积;
μ
试样编号 原始硬度 / HRC 回火温度 / ℃ 回火后硬度 / HRC N 为线圈匝数; I 为线圈长度。
1 54.36 300 49.53 阻抗平面图是以电阻 R 为横坐标, 电感 X L 为
2 55.21 340 48.75
纵坐标形成的直角坐标系, 则线圈阻抗Z 的计算方
3 55.03 380 46.70
法如式( 3 ) 所示。
4 50.01 400 39.18
5 51.24 440 38.34 2 2
Z= ( X L +R ) ( 3 )
6 53.28 480 33.08
2.2 涡流检测装置
7 54.00 550 24.28
C60模具钢硬度的涡流检测信号采集装置如图
8 53.70 590 24.03
9 54.40 630 23.68
1所示。由图1可知: 检测装置由穿过式涡流探头、
涡流信号发射接收装置、 高速模 / 数采集卡、 计算机
2 试验原理及装置 等组成。当待测 C60 模具钢匀速通过穿入式涡流

2.1 涡流检测原理 探头, 同时在激励线圈中接通4000Hz的正弦交流
涡流检测是以电磁感应原理为基础的无损检测 电时, 金属材料中会产生交变磁场, 引起材料的涡流
方法, 当载有交变电流的线圈靠近导体时, 线圈产生 信号发生变化, 通过高速模 / 数转换采集涡流信号,
的交变磁场会在导体中感生出涡流检测线圈, 且不 最后显示在计算机上。
需要接触工件, 对工件表面及近表面的缺陷有很高 3 试验结果与讨论

的检测灵敏度 [ 17 ] 。
3.1 金相检验
线圈可以由电抗、 电容和电阻串联的电路表示,
通常忽视线匝间分布的电容。线圈的复阻抗 Z 的 图2 为 C60 模具钢不同温度回火后的显微组

织形貌。由图2可知: 经 300 ℃×2h 的回火处理

表示方法如式( 1 ) 所示。
后, 试样的组织主要为回火屈氏体, 回火屈氏体由铁
Z= R +2π f L ( 1 )
素体和粒状碳化物组成; 在回火热处理过程中, 铁素
式中: R 为实部线圈的直流电阻; L 为线圈的电感;
体基体呈条状, 含量约为10% , 碳化物渗透其中, 呈
f 为频率。

细颗粒状; 当回火温度为440~630℃时, 试样的组
L 的计算方法如式( 2 ) 所示。
织主要为回火索氏体, 回火索氏体由铁素体和较粗
μ AN 2
L= ( 2 ) 的粒状碳化物组成; 经充分回火后, 条状碳化物消
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