基於矯頑力的無損評估技術在碳鋼熱處理質量預評定中的應用

3組試樣的力學性能試驗結果見表3。

表3 低碳鋼試樣的力學性能測試結果

採用水淬、油淬的冷卻方式(第8，9組)，試樣顯微組織以板條馬氏體為主，其強度和硬度均較高，塑性較差。採用空冷的冷卻方式(第7組)，試樣顯微組織以層狀珠光體為主，其強度和硬度較低，塑性明顯提高。

矯頑力可以用來表徵鋼鐵材料的磁硬度，故與力學性能密切相關。在油淬和水淬冷卻條件下，隨著馬氏體轉變及擴散作用，磁疇壁的釘扎效應導致矯頑力變大，位錯阻塞也使得材料強度或硬度相應提高。空冷時，磁性能與力學性能的變化則源於珠光體帶的破壞和長大過程。珠光體層間距變化或滲碳體分化也會引起磁性能和力學性能改變。

圖3 矯頑力與低碳鋼試樣力學性能的關係曲線

矯頑力與低碳鋼試樣力學性能的關係如圖3所示，對試驗數據分別進行擬合，可得到矯頑力與力學性能的經驗關係式，具體如下：

σs＝28.7Hc＋177.4， R2＝0.7      (4)

σb＝133.9Hc－397.1， R2＝0.91  (5)

δ＝－5.47Hc＋71.1， R2＝0.77    (6)

HV＝44.76Hc－136.8， R2＝0.9   (7)

式中：HV為硬度；R2為擬合度。

 

由式(4)~(7)可知，不同熱處理條件下，低碳鋼試樣的力學性能與矯頑力近似成線性關係，這說明通過監測鋼鐵材料的矯頑力變化即可實現對力學性能的定量預測。其中矯頑力與抗拉強度和硬度的關係曲線的擬合度高達0.9，可優先作為評估指標。除此之外，有研究證明矯頑力與掃頻激勵法對力學性能的評估結果具有很好的一致性，表明基於矯頑力的無損評估方法可用來預評估熱處理後鋼鐵件力學性能的變化趨勢。