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磁彈法--檢查零部件表面磨削燒傷的新方法

來源：減速機信息網時間：2006-6-14 14:48:37　　責任編輯：xr

    磨削燒傷及其常用檢查方法在機械類產品中，很多重要零部件如軸承、齒輪、曲軸、凸輪軸、活塞銷和萬向節等，在熱處理之后均需經過磨削加工。相比之下，磨削時單位切削面積上的功率消耗遠遠超過其它加工方法，所轉化熱量的大部分會進入工件表面，因此容易引起加工面金相組織的變化。在工藝參數、冷卻方法和磨料狀態選擇不當的情況下，工件在磨削過程中極易出現相當深的金相組織變化層(即回火層)，并伴隨出現很大的表面殘余應力，甚至導致出現裂紋，這就是所謂的磨削燒傷問題。零部件的表面層燒傷將使產品性能和壽命大幅度地下降，甚至根本不能使用，造成嚴重的質量問題。

    為此，生產企業一方面通過執行正確、科學的工藝規范，減輕和避免出現磨削燒傷現象；另一方面，加強對零部件的檢驗，及時發現不合格工件，并判斷正在進行的磨削工藝狀況。但長期以來，對工件表面磨削燒傷的檢驗，除了最簡單的目測法外，就是采用已延續多年的傳統方法——酸洗法，即在被檢零部件表面涂上酸液或將其浸入盛有按規定配制的酸液槽中。之后(或在把工件取出后)，根據表面呈現的不同顏色，對磨削燒傷的程度作出相應的判斷。一般地說，若色澤沒有變化，就表明情況正常；而當顏色變成灰色，則說明已有燒傷情況存在，隨著色澤變得越來越深，表示工件表面因溫度更高，引起的磨削燒傷更為嚴重。傳統檢查方法雖然簡單易行，但有著很大的局限性，主要是工件表面經酸液浸蝕，即使為無問題的零部件，也不能再予以使用。

    傳統方法執行的實際上是一種破壞性檢查。從以上描述可知，酸洗法本質上屬于定性檢查，難以對磨損燒傷程度做出定量的說明。鑒于上面兩點，采取傳統方法時，只能采用抽檢的方式，且樣本很小，欲對所執行的工藝過程作出較確切的評價并予以改進是很困難的。理論表明，酸洗法檢驗只能反映因金相組織結構變化引起的硬度下降這種情況，對于工件表面存在的殘余應力則無法反映，放在全面揭示磨削燒傷的程度上顯得不足。另一方面，由于使用了酸液，企業增加了消除環境污染的負擔；傳統檢查方法的規范化可靠性水平較低，更難以制定可操作性強的評定標準。一種新穎、高效的磨削燒傷檢測方法——磁彈法1.工作原理磁彈法即BN法(BarkhansenNoiseMethod)，是以1919年發現的物理學Barkhansen效應為基礎開發的一種測試方法，它能有效地對磨削燒傷進行測試。近年來，利用磁彈法研制的測試儀器已在零部件表面磨削燒傷檢測中逐步得到應用，并充分顯現出優越性。

    眾所周知，出現磨削燒傷的那些零部件，主要由鐵磁性材料制成。在正常情況下，其磁序(體現在多晶體的磁疇結構里)呈有規則的排列。但如前所述，磨削燒傷后產生的金相組織變化及可能出現的很大殘余應力都將引起磁疇結構內的磁序變化。Barkhansen效應指出，矯頑(磁)力，即改變被顛倒極性所需要的磁場強度是與鐵磁性材料晶格結構錯位和殘余應力等的程度有關的。利用BN法探測被檢零部件表面磨削燒傷的機理就在于此。

    在BN法基礎上開發的檢測儀器的工作原理示意圖。BN法檢測儀器工作原理，“門”形電感線圈形成的磁場在被測鋼件中所產生的效應取決于工件表面磨削燒傷的實際狀況，而由此在工件周圍所形成的磁場又會使測頭在測試區域的感應線圈中產生相應的電信號，而這一信號直接與工件磨削燒傷的程度有關。b是據此研制的測試儀器的組成框圖，箭頭反映了整個工作過程：由電感線圈引起相應的作用磁場，通過被檢工件，進而在傳感頭中產生對應的檢測信號(稱為B信號)，該B信號經過放大和濾波等處理環節，最后被顯示和輸出。磨削燒傷的物理表現主要是因表面金相組織結構變化產生回火層所引起的硬度下降，以及在表面出現的殘余應力(拉應力)。檢測儀器對它們都能作出敏感的反映。

    橫坐標表示硬度值Rc，而縱坐標表示輸出的B信號幅值。隨著被檢工件表面硬度值Rc由高向低變化，檢測儀器輸出的相應B信號幅值將由小到大，即硬度低對應的檢測信號高，硬度高對應的檢測信號低。儀器對表面殘余應力的反應見圖2b，從中可見，當殘余應力由小到大，即由負(壓應力)向正(拉應力)變化時，檢測儀器輸出的相應B信號幅值將由低向高變化。圖2BN法檢測儀器能夠敏感反映出磨削燒傷的硬度及殘余應力變化2.評定特征值mp及其定標上述由儀器特殊設計的激磁電路和傳感裝置產生的檢測信號，乃是Barkhansen磁彈法效應的一種量化表達，以特征值mn(magnetoelasticparameter)標志。

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