外文翻譯-使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應力或疲勞過程在奧氏體不銹鋼的磁性圖像的變化（含PDF英文原文）.doc

英文原文為PDF格式，下載后雙擊即可打開另存畢業(yè)設計文獻翻譯與原文題目： 使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應力或疲勞 過程在奧氏體不銹鋼的磁性圖像的變化 學 院： 測試與光電工程學院專業(yè)名稱： 測控技術與儀器班級學號： 學生姓名： 指導教師： 二O一五 年 四 月 使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應力或疲勞過程在奧氏體不銹鋼的磁性圖像的變化摘要：使用載有面積為50m50m的有源霍爾元件的掃描型霍爾傳感器顯微鏡，我們在若干處于順磁性奧氏體相的 304不銹鋼板的表面上測定自發(fā)磁化的二維磁圖像。不銹鋼板在室溫下經受的應變或在牽拉疲勞過程的屈服點為31/平方毫米。在應變狀態(tài)下，大多數鋼板的磁性圖像中顯示從應變誘發(fā)產生馬氏體相變的的相同的漸進變化，雖然原因仍然沒有解決，但其他鋼板同時還產生了附加的不同的變化。在疲勞進程的早期階段，以28/平方毫米的應力振幅的牽拉疲勞過程在應變過程圖像上還產生了一定的差異。該研究為闡明在應變或疲勞過程下用于電力站，化工廠和醫(yī)療設備的結構材料304不銹鋼的復雜的破壞進程提供了新的視野。關鍵詞：掃描型霍爾傳感器顯微鏡;磁性圖像;自發(fā)磁化;非破壞性評價;不銹鋼;奧氏體相;應變誘發(fā)馬氏體相變;疲勞進程。1.引言 社會保障和環(huán)境問題的調用要求更高水平的結構材料的可靠性和穩(wěn)定性，如在鐵和不銹鋼在工業(yè)上對基礎結構的支持。利用無損評估（NDE）來調查在結構材料下疲勞和/或應變進程下的破壞過程的技術已取得很大的努力。 近來在利用高靈敏度的磁傳感器磁強計，如超導量子干涉儀（SQUID）和微霍爾傳感器的研究進展由于其在常規(guī)技術如渦流，超聲和x射線成像等上具有很多優(yōu)點為磁性材料的無損檢測提供新的并且有前途的技術。磁性成像技術是通過使用SQUID在經受應變處理的低碳鋼內無損檢測呂德斯頻帶。 使用載有面積為50微米乘以50微米的有源霍爾元件的掃描型霍爾傳感器顯微鏡能用于磁性檢測由于疲勞過程引起的低碳鋼內的小裂紋（10毫米長和0.1毫米寬），使得SHM可以用作磁性材料的簡單，經濟和常規(guī)的無損檢測工具。我們在這里使用該顯微鏡觀察經受室溫下應變或疲勞過程在304不銹鋼表面的自發(fā)磁化的磁性圖像，以及破壞進程對304不銹鋼的圖像的影響。2.實驗2.1不銹鋼板 商用304不銹鋼為31公斤每平方毫米的屈服點和68/平方毫米的拉伸強度并被加工成3.8厚板。它們具有如下的化學組成，除了鐵：鉻，18.2（重量）；Ni， 8.3（重量）; C，0.05（重量）;Si，0.43（重量）;Mn，0.89（重量）;磷，0.03（重量）; S，0.05（重量）。如從圖1中可以看出，兩種類型被用于本研究的不銹鋼板A和B具有不同的幾何結構。前者在兩側均有有凹口，但后者并沒有。 為了誘導在室溫下的塑性變形，許多類型A和B的不銹鋼板使用常規(guī)阿姆斯勒型試驗機在約0.001/s沿著樣品的長度的應變速率進行單軸應變。特別注意了機器周圍環(huán)境以免在試驗期間磁化樣品。降低負載到零后，在應變狀態(tài)下的鋼板經受磁性測量作為應變以漸進方式的參數。反復進行測量直到觀察樣本以更高的水平并減少到負載為零。此外，一些鋼板A的經受的拉伸疲勞試驗使用常規(guī)的液壓疲勞試驗機并以28/平方毫米的應力振幅和29.2赫茲的頻率，排除疲勞進程下的破壞性過程。磁性測量在漸進過程中作為使用循環(huán)應力通過停止機器并移開鋼板的參數，直到在樣本里出現微裂紋。2.2測量 使用在前提及過得載有有源面積為50m50m的霍爾傳感器SHM測量不銹鋼表面零外場自發(fā)磁化的磁性圖像。該SHM裝有使用步進電機和朝向所述傳感器的樣品保持器的可在X與Y方向移動的微型霍爾傳感器?；魻杺鞲衅鳎ˋRE-POC：HHP-VP）組成的外延GaAs膜用于測量垂直于樣品表面的磁場。在10mA霍爾電流下靈敏度為3.39微伏/ G?；魻栯妷和ㄟ^采用納米電壓表測量?；魻杺鞲衅髟趚與y方向以在兩維柵格模式有限步驟被掃描（最小步長是0.05毫米），在樣品表面上采用固定距離（0.5mm）掃描。從樣品獲得磁場的二維分布通過個人電腦完成從電壓到磁場的轉換。特別注意了零電壓引起零點偏移漂移在整個測量運行期間的磁場。所掃描的區(qū)域是如圖1所示的不銹鋼板表面。圖1：用毫米計量304不銹鋼板的幾何形狀和尺寸并有（a）A型兩端具有缺口和（b）B型無缺口兩種型號。請注意，對于應力或牽拉疲勞的應用負載線被引導到在圖中的水平方向上。也示于使用掃描型霍爾傳感器顯微鏡的樣品表面進行掃描的區(qū)域。3.結果與討論 大量的304不銹鋼板A和B的經受在室溫下的應變或疲勞的過程中，與由于自發(fā)磁化磁性圖像都是使用SHM測定于樣品的表面上。在本節(jié)中，我們提出將鋼板A和B經受應變處理的磁性圖像展示出來，然后移動結果到鋼板A進行的牽拉疲勞過程。3.1更改為在同一應變過程不銹鋼板A和B磁性圖像大多數鋼板A在一個應變過程中的磁性圖像表現出類似的變化。如從圖2中可以看出，非接受應變鋼板的圖像的兩端都顯示出槽口的形狀的清晰邊界線。塑性應變的施加導致在加載后的圖像顯著變化并將其轉換為具有兩個峰的分布，并處在凹槽周邊從受應力的樣品負載線沿著一個有限角度的方向。盡管在圖像中峰的位置沒有變動的，在塑性應變增加時，圖像中一定程度的大小數量變化變得十分重要。為了解釋在應變狀態(tài)下圖像中的變化，值得一提的是，304不銹鋼在室溫下并經受一個塑性應變使其發(fā)生從順磁性奧氏體相到鐵磁馬氏體相的轉變，這被稱為應變誘發(fā)馬氏體相變。為了解決這個變換，維氏硬度Hv為5kg的負載水平的測試值是從鋼板表面一處接一處地測量的。結果顯示對于受應力鋼板A的HV的分布和磁性圖像如圖2所示之間有很強的相關性。同時，在受11%應力下的鋼板表現出了320360的最大的HV值并出現在了如圖2（d）所示兩個峰的周邊。該相同的相關性也存在于磁導率的分布和受應力鋼板A.表面的磁性圖像。更有甚之，如圖3所示，與無應變樣品比較時，在受應力鋼板A的凹槽附近有許多滑移線的微結構。所有這些事實表明，如圖2所述磁性圖像中的變化可以歸因于該應變誘發(fā)馬氏體相變。與以上面提到的結果相反，雖然與在非應變狀態(tài)下的圖像顯示未有顯著差異如圖2（a），但是許多A型鋼板（但不是特殊的號碼）在應變過程中在磁性圖像中表現出了不同和異常的變化。這樣的例子示為受5.5的應力鋼板圖如圖4（a）和為受0.7應力的鋼板圖如圖4（b）。從圖中可以看出，后者在兩個凹口之間的圖像顯示出了附加的圓形圖案，連同信號歸因于上面提到的馬氏體轉變。另一方面，前者在圖像中有進一步的異常并形成了圓形圖案，掩蔽了凹槽周圍相應槽口馬氏體轉化造成的信號。為了檢查異常的源頭，使鋼板A接受由X射線衍射分析，并與能量色散X射線光譜儀的掃描電子顯微鏡進行常規(guī)冶金研究，并如圖4所示。然而，結果顯示，從圖2中所示的鋼板A中未顯示任何差異，也不能成為鋼板組成中組合物分布不均勻的任何證據。所有施加應變過程在圖像中中解釋異常起源的試驗失敗，并揭示了在應變過程的破壞性進程的復雜性，伴隨應變誘發(fā)馬氏體相變。相比較而言，值得一提的結果為鋼板B，即使在由于樣品幾何形狀使得在長度和寬度方向上都由塑性應變，其獲得相對較多應力分布。圖5顯示出了在一個應變進程變化的圖像。需要注意的是，為了檢查再現性，我們采取了部分由于應變處理鋼板B的磁性圖像并從中得到幾乎相同的結果。如從圖5中可以看出，由于塑性應變的鋼板B產生許多圓形圖案，并隨著應力增加而增多。雖然在鋼板B的微觀結構上有許多由于馬氏體相變產生的滑線，在圖像上這種轉變的影響仍然沒有解決。（a）（b)(c)(d)圖2：自發(fā)磁化的不銹鋼板中經受應變進程的表面磁性圖像：（a）非應變; （b）2.5應變; （c）7.1應變; （d）11.0應變。注意，對于應變的載荷線平行于y軸。在該圖中還寫出對應于磁場中的高斯的近似值來引導讀者。圖3：不銹鋼板凹槽附近的微結構，當它是：（a）非應變; （b）11.0應變。需要注意的是，該樣品與圖2所示是相同的。3.2.更改在牽拉疲勞進程不銹鋼板A的磁性圖像 圖6顯示出了在疲勞進程中漸進的變化所引起的不銹鋼板A的磁性圖像，進行拉疲勞試驗在28千克/平方毫米和29.2赫茲的頻率的應力的幅度。注意該樣品在受到提升應力周期N為61300后凹槽頂部附近（即如圖6（d）X12毫米和y12mm）顯示的小裂紋（5mm長，0.1mm寬）。結果，在原始狀態(tài)顯示包括鋼板中間的凹槽形狀的清晰邊界線。在圖中，雖然應力幅度小于屈服點（=30公斤/平方毫米），A疲勞進程使得在圖像中發(fā)生了變化。與應力過程相比（參照圖2）相比，該圖像在靠近槽頂部有一個單峰。增大N的值到61300增強了凹槽附近的圖像的峰值（即雜散磁場強度），并最終導致小裂紋（5mm長，0.1mm寬）。需要注意的是，在其中產生裂紋的地方對應于該圖像具有凹口鄰近的單峰的地方。這一事實表明預見疲勞過程中應變局部化在鋼板中產生微裂紋的可能性。此外，在在疲勞的進展（N=20000即低循環(huán)）的初始階段在圖像中x30毫米左右并沿y軸有強烈的曲線。即使當N=61,300時，小裂紋出現，這條線永不消失。注意到這樣的線在如3.1部分提及下的應力過程中時不會出現的。因為一個牽拉疲勞試驗是利低于屈服點的負載點，疲勞的進展本應沒有宏觀變形地影響微結構，并產生局部微應力。這可能引起馬氏體轉變上機制的一些差異，使得它會導致在破壞性的應變過程和疲勞進程之間在圖像中的不同變化。圖4：自發(fā)磁化對不銹鋼板A經受應變處理的表面不同磁性的圖像：（a）5.5應變; （b）0.7應變。需要注意的是，從圖2（a）中所示的結果，無應變狀態(tài)在圖像中沒有顯著差異。在該圖中還顯示出對應于磁場中的高斯的近似值來引導讀者。(a)(b)(c)圖5：對不銹鋼板B經受應變進展的表面自發(fā)磁化磁性圖像：（a）無應變; （b）0.8應變; （c）13.8應變。注意，對于應變的載荷線平行于y軸。在該圖中還示出對應于磁場中的高斯的近似值來引導讀者。(a)(b)(c)(d)圖6：自發(fā)磁化的不銹鋼板中的受到的牽拉疲勞試驗的表面磁性圖像：（a）原始狀態(tài); （b）20,000個周期; （c）60000個周期，（d）61300個周期。注意，對于一個牽拉勞試驗載荷線平行于y軸。在該圖中還示出對應于磁場中的高斯的近似值來引導讀者。4.總結我們成功通過磁性圖像地觀察到了在室溫下由于自發(fā)磁化經受了應變