S136模具鋼表面硬度的渦流無損表征方法
S136模具鋼表面硬度的渦流無損表征方法
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為了將渦流法應用于S136模具鋼的表面硬度無損檢測，從試驗方法和傳感器檢測靈敏度分析 2 個方面展開研究。
首先，采用不同熱處理工藝，制備了硬度不同的 45 號鋼和 S136 鋼試樣，得到了硬度與回火溫度的關系曲線
其次，利用渦流測試系統（常規測試系統）對所有試樣進行檢測，將得到的阻抗幅值與試樣硬度進行回歸分析，結果表明：在45 號鋼中，阻抗幅值與硬度呈良好線性關系，而在 S136 鋼中，阻抗幅值與硬度呈非線性關系
更后，對比分析了 3 種不同傳感器對硬度的檢測靈敏度，當線圈電感值越大時，檢測靈敏度越高。 另外，制作了另一種電磁傳感器并搭建相關試驗平臺，對 45 號鋼和 S136 鋼試樣硬度進行測試，測試結果與常規渦流傳感器測試結果趨勢一致，相互驗證了試驗方法和數據處理方法的可靠性。 上述研究結論顯示，渦流檢測可以實現模具鋼硬度的快速、無損檢測，測試方法和系統有望應用于工程實際。
為提高塑料模具鋼（如 45 號鋼和 S136 鋼） 的使用壽命，常對模具鋼進行適當的熱處理，以改善其表面硬度等力學性能[1‐2]
不同類型模具對表面硬度的要求不同，經過熱處理后的模具一般需進行破壞性取樣，再進行硬度測試，以對模具鋼熱處理質量進行評估。 由于取樣的測試方法不適用于零部件生產線，急需發展無損的硬度測試方法。電磁無損檢測通過檢測材料磁導率、電導率等參數的變化，實現材料微觀結構的無損評價。 例如渦流法，其檢測線圈的阻抗變化可用于反映材料內部金相成分的改變。
應用渦流探頭檢測不同珠光體體積分數的球墨鑄鐵，并通過回歸分析可以看出渦流檢測線圈阻抗幅值與球墨鑄鐵的化學組分具有一定的線性關系，故而可以通過擬合方程確定球墨鑄鐵的化學組分。 Kashefi 等[4] 用磁學檢測技術對不同回火溫度的 AISI 340 合金鋼進行檢測，結果表明渦流檢測線圈阻抗幅值可以有效檢測回火后合金鋼的微觀組織，分辨出回火溫度在300 ~ 400 ℃ 發生回火馬氏體脆化的試樣。 通過有限元分析建立了殘余奧氏體體積分數與渦流檢測線圈阻抗幅值（ 幅值和相位） 之間的關系。
由于表面硬度亦受微觀結構影響，因此通過合理的標定試驗，可以建立其渦流阻抗參數與表面硬度間的關聯，由此實現硬度的渦流無損表征或檢測。Khan 等[6]基于渦流檢測技術研究了 350 馬氏體時效鋼在不同溫度下隨時間的硬度變化規律，結果表明渦流檢測線圈阻抗幅值可以表征熱處理效果。 Zergoug 等[7]通過渦流檢測的方法，建立了硬度與阻抗之間的關系，表明該方法可以無損地檢測和定量分析材料的力學性能。 Liu 等[8] 同樣建立了渦流檢測線圈阻抗幅值與冷軋 AISI 321 不銹鋼硬度之間的關系方程，從而可以準確預測試件的硬度。本文首先采用不同熱處理方式，制備了 2 批硬度不同的（45 號鋼和 S136 鋼） 試樣。 其次，分別對所有試樣進行渦流和表面硬度檢測，得到阻抗幅值與硬度間的關系方程。 通過對比測試，分析了傳感器電特性參數對硬度檢測靈敏度的影響規律。 另外，制作了另一種針式電磁傳感器并搭建相應的測試平臺，通過 2 種不同的傳感器和試驗平臺相互驗證結果的可靠性。
結論：
1） 在一定范圍內，45 號鋼硬度與渦流檢測線圈阻抗幅值保持一定的線性關系，其線性擬合系數為 0. 92. S136 鋼硬度與渦流檢測線圈阻抗幅值呈現拋物線非線性關系，其擬合系數為 0. 94.
2） 通過采用 3 種不同的渦流傳感器測試 45 號鋼和 S136 鋼硬度，可以發現傳感器的電感值對測試結果有很大影響，傳感器本身電感值越大，傳感器靈敏度越高，越容易分辨硬度變化量。
3） 采用第 2 種測試平臺和傳感器對 45 號鋼和S136 鋼硬度進行評估，可以看出測試結果與第 1 種測試平臺得到的測試結果趨勢一致，相互驗證了試驗方法與數據處理方法的可靠性。
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