專利名稱：利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料檢測分析方法，特別是一種材料使用壽命的檢測分析方法，適用于再制造坯件剩余壽命預估的技術領域。
背景技術：
再制造是以報廢設備或其零部件的循環(huán)使用和反復利用為目的，將報廢產(chǎn)品作為坯料，采用先進成形技術進行再次制造，包括高新表面工程技術、數(shù)控化改造技術、快速成形技術及其他加工技術，使得原來可能只能報廢的設備或其零部件重新恢復尺寸、形狀和性能，而形成一系列產(chǎn)品的一種全新的生產(chǎn)過程。再制造工程是循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分，也是再生資源利用的高級形式。目前再制造產(chǎn)品的范圍已涵蓋汽車零部件、機床、工程機械、鐵路裝備等多個領域。通過再制造技術能夠充分挖掘蘊涵在廢舊成形零部件中的材料、能源和加工附加值，而經(jīng)過再制造的產(chǎn)品性能可以達到或超過新品，而成本是新品的50%、節(jié)能60%、節(jié)材70%，因此再制造技術具有巨大的經(jīng)濟價值。目前，全球環(huán)境污染的70%以上排放物來自制造業(yè)，每年都會產(chǎn)生數(shù)十億噸廢舊機械產(chǎn)品，而通過再制造技術可以最大限度地利用廢舊產(chǎn)品中的零部件，盡可能地減少廢舊產(chǎn)品對環(huán)境的危害，因此再制造是解決資源、環(huán)境和材料再利用的最佳方法和途徑，是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項綠色系統(tǒng)工程。再制造坯件在經(jīng)過前一次使用周期之后從外觀上看往往還是完好的，沒有明顯的損傷或嚴重缺陷，但是這些舊零部件在原先的使用過程中，總是會受到循環(huán)載荷、溫度的循環(huán)冷熱變化、大氣、環(huán)境等諸多因素的影響，使得材料的使用狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)部會出現(xiàn)位錯密度增加、應力集中和微裂紋等損傷。目前對材料疲勞過程的研究大多是針對疲勞微觀裂紋而展開的，即較多地去研究在疲勞裂紋萌生之后，循環(huán)次數(shù)與裂紋擴展速率之間的規(guī)律。但是在實際使用過程中，等到零件內(nèi)部產(chǎn)生了微裂紋，一般已經(jīng)到了該零件整個使用壽命的中后期。而目前在零件裂紋產(chǎn)生前的使用過程中，有關材料內(nèi)部微觀組織變化的研究并不多，特別是對結構鋼材料早期疲勞的研究就更少。而在再制造坯料的檢驗過程中，若發(fā)現(xiàn)坯料中有較多的裂紋一般會將其舍棄，而不會將它再次進行循環(huán)使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的缺陷，提供一種利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法，通過磁性能參數(shù)對于再制造坯件材料使用過程中的缺陷與損傷是敏感性的測試分析，用磁性能參數(shù)將再制造坯件材料的使用狀態(tài)的變化情況表征出來。針對材料疲勞初期，建立了再制造坯件的磁性能和所經(jīng)過的機械疲勞次數(shù)的關系，經(jīng)過測量材料的磁性能，即反推其使用時間，達到預估再制造坯件的使用壽命的目的，為再制造坯料的檢驗鑒別做好基礎性測試分析工作。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術方案:一種利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法，包括以下步驟:
①再制造坯件材料的參考樣品制備:根據(jù)再制造坯件鋼鐵材料的類別，選擇具有其典型成分及組織狀態(tài)的待用材料，采用疲勞試驗機向待用材料加載應力，進行1000次、I萬次、10萬次、20萬次、40萬次、80萬次和100萬次的機械疲勞試驗，制備出再制造坯件材料
參考樣品；
②建立再制造坯件機械疲勞次數(shù)(N)對磁性能及顯微組織的影響關系:采用磁性能測量設備精密測量在步驟①中經(jīng)過不同次數(shù)機械疲勞試驗后的再制造坯件材料的參考樣品的金屬磁性能參數(shù)，建立包括最大磁感應強度(Bmax)、剩余磁感應強度(Br)、矯頑力(He)至少3個三個金屬磁性能參數(shù)與機械疲勞次數(shù)(N)之間的數(shù)學方程式，采用透射電鏡觀察再制造坯件材料的原始態(tài)和經(jīng)過在步驟①中不同次數(shù)機械疲勞試驗后的再制造坯件材料的參考樣品內(nèi)部的位錯、內(nèi)部應力、內(nèi)部微裂紋和化合物形貌的微觀組織變化中的任意方法，分析疲勞初期以及隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，再制造坯件材料內(nèi)部微觀組織的演變特征，并用割線法來測量再制造坯件材料的位錯密度(P )，建立再制造坯件材料的位錯密度與機械疲勞次數(shù)之間的數(shù)學方程式，對步驟①中建立的金屬磁性能參數(shù)與機械疲勞次數(shù)(N)之間的數(shù)學方程式加以佐證；在上述步驟②中，采用割線法來測量試樣的位錯密度具體過程如下:
a.構建網(wǎng)格:用軟件在透射電鏡照片上自動畫出由縱線和橫線組成的網(wǎng)格線，并利用每張圖上的標尺測出縱線和橫線的長度，再找出每根網(wǎng)格線所與位錯的相交的節(jié)點數(shù)；
b.位錯密度的計算公式為:
權利要求
1.一種利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法，其特征在于，包括以下步驟: ①再制造坯件材料的參考樣品制備:根據(jù)再制造坯件鋼鐵材料的類別，選擇具有其典型成分及組織狀態(tài)的待用材料，采用疲勞試驗機向待用材料加載應力，進行1000次、I萬次、10萬次、20萬次、40萬次、80萬次和100萬次的機械疲勞試驗，制備出再制造坯件材料參考樣品； ②建立再制造坯件機械疲勞次數(shù)(N)對磁性能及顯微組織的影響關系:采用磁性能測量設備精密測量在步驟①中經(jīng)過不同次數(shù)機械疲勞試驗后的再制造坯件材料的參考樣品的金屬磁性能參數(shù)，建立包括最大磁感應強度(Bmax)、剩余磁感應強度(Br)、矯頑力(He)至少3個三個金屬磁性能參數(shù)與機械疲勞次數(shù)(N)之間的數(shù)學方程式，采用透射電鏡觀察再制造坯件材料的原始態(tài)和經(jīng)過在步驟①中不同次數(shù)機械疲勞試驗后的再制造坯件材料的參考樣品內(nèi)部的位錯、內(nèi)部應力、內(nèi)部微裂紋和化合物形貌的微觀組織變化中的任意方法，分析疲勞初期以及隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，再制造坯件材料內(nèi)部微觀組織的演變特征，并用割線法來測量再制造坯件材料的位錯密度(P )，建立再制造坯件材料的位錯密度與機械疲勞次數(shù)之間的數(shù)學方程式，對步驟①中建立的金屬磁性能參數(shù)與機械疲勞次數(shù)(N)之間的數(shù)學方程式加以佐證； ③運用金屬磁記憶檢測方法，進一步建立在步驟①中經(jīng)過不同次數(shù)機械疲勞試驗后的再制造坯件材料的參考樣品的最大磁感應強度、剩余磁感應強度和矯頑力三個金屬磁性能參數(shù)與磁記憶信號的關系，建立該再制造坯件材料的參考樣品的磁性能參數(shù)與疲勞次數(shù)的關系作為壽命預估的基本數(shù)據(jù)依據(jù)。
④最后針對在步驟①中所選再制造坯件鋼鐵材料，通過對實際再制造坯件的磁性能的檢測，結合在步驟②中和在步驟③中測定的再制造坯件材料的參考樣品的磁性能參量與壽命的關系，即經(jīng)過測量再制造坯件鋼鐵材料的磁性能，即反推再制造坯件鋼鐵材料使用時間，從而預估實際再制造坯件的使用壽命。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法，其特征在于:在上述步驟②中，采用割線法來測量試樣的位錯密度具體過程如下: a.構建網(wǎng)格:用軟件在透射電鏡照片上自動畫出由縱線和橫線組成的網(wǎng)格線，并利用每張圖上的標尺測出縱線和橫線的長度，再找出每根網(wǎng)格線所與位錯的相交的節(jié)點數(shù)； b.位錯密度的計算公式為+，其中P為在步驟②中得到的位錯密度，單位為/m2 ；nv為位錯與縱線相交的節(jié)點數(shù)；nh為位錯與橫線相交的節(jié)點數(shù)；Lv為縱線的長度；Lh為橫線的長度；t為透鏡薄膜的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用磁性能檢測預估再制造坯件剩余壽命的方法，步驟如下①根據(jù)再制造坯件鋼鐵材料的類別，選擇待用材料，加載應力，進行多次機械疲勞試驗，制備出再制造坯件材料參考樣品；②建立再制造坯件機械疲勞次數(shù)對磁性能及顯微組織的影響關系；③運用金屬磁記憶檢測方法，進一步建立再制造坯件材料磁性能參數(shù)與磁記憶信號的關系，建立磁性能參數(shù)與疲勞次數(shù)的關系作為壽命預估的基本數(shù)據(jù)依據(jù)；④最后針對所選再制造坯件鋼鐵材料，通過對實際再制造坯件的磁性能的檢測，經(jīng)過測量再制造坯件鋼鐵材料的磁性能，反推再制造坯件鋼鐵材料使用時間，從而預估實際再制造坯件的使用壽命。本發(fā)明測試分析坯件剩余壽命的方法簡便，精度高，效率高。
文檔編號G01N27/72GK103175889SQ20131008901
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2012年10月24日
發(fā)明者吳益文, 汪宏斌, 徐凌云, 華沂 申請人:中華人民共和國上海出入境檢驗檢疫局, 上海大學