奥氏体不锈钢机械损伤诱发磁化机理及应用研究

材料损伤无损检测对预测宏观缺陷产生，确保大型机械系统安全运行有重要意义。本项目以核电站常用材料奥氏体不锈钢为研究对象，以揭示常磁性奥氏体不锈钢损伤诱发磁化机理和建立基于诱发磁化现象的损伤无损评价方法为目的，就以下几个方面开展研究工作：1）利用磁力显微镜研究施加不同机械损伤时不锈钢马氏体相变特征，揭示相变生成磁性相与损伤诱发磁化的关联。2）建立组合型三维磁化分布反演方法，比较反演所得试件磁化分布和光学二维表面应变测量所得塑性应变分布，确定材料局部磁化和塑性损伤的定量关系。3）利用双轴疲劳试验机在相同试验环境改变加载方向，研究地磁场对损伤诱发磁化的影响。4）根据SUS314、SUS316初始铁磁相及相变条件的不同，结合地磁和损伤各向异性的影响，通过对比实验和分析的结果，揭示奥氏体不锈钢损伤诱发磁化机理。5）建立基于损伤诱发磁场测量和磁化反演的奥氏体不锈钢被动型定量磁检测方法并进行有效性验证。

通过三年研究工作，全面实现了预期研究工作目标。主要成果包括： . 1）对不同大小和分布的机械损伤和损伤诱发磁场的关联性进行了研究。设计制作了不同形状的304奥氏体不锈钢试件，通过导入不同程度的塑性损伤和检测相应的应变和诱发磁场分布，发现损伤诱发磁场依赖于机械损伤分布特征，且最大塑性变形量与损伤诱发磁场幅值间存在不受分布形态影响的定量关系，且具有一般性。. 2）优化了基于等效磁荷模型的磁化分布反演方法和程序，对机械损伤与损伤诱发磁化的关联性进行了研究。提出了边界效应概念和提高反演精度的重构策略。基于测量磁场信号，对不同分布机械损伤诱发磁化进行了反演。发现磁化分布能够反映机械损伤形态，并得到了不受损伤形态影响的磁化幅值-损伤程度定量关系式。. 3）为探究奥氏体不锈钢的诱发磁化机理，就变形诱发相变对损伤诱发磁化的作用进行了研究。测量了不同程度塑性损伤诱发的铁磁性马氏体相含量，分析了304奥氏体不锈钢的损伤诱发磁化与变形诱发铁磁性马氏体相含量间的关系。发现马氏体含量与损伤诱发磁化幅值间存在线性关系，证明变形诱发相变是奥氏体不锈钢损伤诱发磁化的前提。同时利用微观分析技术观察了损伤诱发马氏体相形态，发现马氏体相主要分布在滑移线上，与交叉滑移关系密切。. 4）就损伤时磁场环境对损伤诱发磁化的影响进行了研究。通过实验分析比较了不同磁场环境下奥氏体不锈钢材料的损伤诱发磁场异同，发现磁场环境对奥氏体不锈钢的损伤诱发磁场有影响。. 5）在以上对奥氏体不锈钢机械损伤诱发磁化机理研究基础上，提出了三种对其机械损伤进行定量无损检监测的方法，并通过实验对其可行性进行了验证。三种方法为：（1）基于损伤诱发磁化现象的奥氏体不锈钢材料机械损伤定量无损检监测方法；（2）基于损伤诱发相变剩磁检测的机械损伤定量无损检测方法；（3）基于剩磁场强度变化测量的奥氏体不锈钢材料损伤演化无损监测方法。. 在以上研究中，共发表期刊论文34篇，其中SCI论文14篇，国内期刊9篇，国际会议论文11篇，获陕西省科学技术一等奖（第2位），ISEM大会主席奖等，上个基金项目获评结题优秀。参加国际会议10余次，进行大会报告和邀请报告4次，主办中型学术交流会1次，邀请10余名国内外学者来校交流，担任多个国内外学术兼职，培养了研究生近20余人，其中3名博士、8名硕士生已毕业。