铁磁性金属材料疲劳状态磁性无损检测方法研究

Fatigue is a common failure mode of metallic materials. Detection and evaluation of the fatigue state of metallic materials is of great significance for prediction failure and ensuring the structural safety. This project focuses on the problems existing in the fatigue state testing and evaluation. Mainly consider material deformation scale features of each stage. Magnetic characteristics performance of different deformation scale will be studied. Firstly, magnetic measurable macro parameters such as coercivity, remanence and permeability are employed to quantitative characterize fatigue accumulation stage and fracture stage. Then the relationship of fatigue state and frequency sweeping Barkhausen effect is studied. Barkhausen spectrum is accessed to characterize of the second stage of the material fatigue. Thus a rapid inspection method that combines parameters of magnetic properties and Barkhausen effect is achieved. The method can realize quantitative evaluation of ferromagnetic material fatigue state.

疲劳是金属材料的一种常见失效形式，如何检测与评价金属材料的疲劳状态实现对构件的预知检测，对保证结构安全具有重要意义。本项目针对目前铁磁性金属材料疲劳状态检测与评价中存在的难题，以疲劳诸阶段的形变尺度特征为出发点，研究不同尺度变形下材料的磁学特征表现。首先研究获取材料磁性可测量的宏观参量如矫顽力、剩磁强度和磁导率在疲劳积累期与断裂阶段的定量表征关系；然后研究基于扫频巴克豪森效应与疲劳的关系，获取材料疲劳状态的巴克豪森谱，实现对材料疲劳第二阶段的增强磁表征；最后得到一种基于磁特性参数与巴克豪森效应相结合的快速无损检测方法，实现对铁磁性金属材料疲劳状态的定量评价。

本项目发展了一种基于磁特性参数和Barkhausen噪声综合特性实现对在役铁磁性金属构件疲劳状态进行快速无损检测与评估的方法，主要从理论模型和实验两方面进行研究，为实现疲劳全生命周期任意阶段的疲劳状态检测、失效风险评估和疲劳剩余寿命预估奠定基础。完成情况如下：.1)发展基于磁特性参数评估疲劳状态的基本理论。建立起宏观可测量磁特性参数，如矫顽力、剩磁强度和Barkhausen噪声与疲劳循环周期及材料微观结构状态的对应关系，形成基于磁特性参数评估铁磁性金属构件疲劳剩余寿命的方法；.2)建立了一套测量铁磁性金属材料磁特性参数和扫频Barkhausen噪声的一体化实验系统，用于研究对铁磁性参数影响的关键因素，如材料组成、加工工艺、环境温度、残余应力等；.3)提出了疲劳状态评估的有效参数，形成了多频磁巴克豪森与磁特性参数的多元线性回归疲劳评估方法，在疲劳检测与评估上具备极大的应用前景。