外文翻譯-使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應(yīng)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(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯與原文題目： 使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應(yīng)力或疲勞 過程在奧氏體不銹鋼的磁性圖像的變化 學(xué) 院： 測(cè)試與光電工程學(xué)院專業(yè)名稱： 測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二O一五 年 四 月 使用掃描霍爾顯微鏡觀察由于應(yīng)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?cè)谌舾商幱陧槾判詩W氏體相的 304不銹鋼板的表面上測(cè)定自發(fā)磁化的二維磁圖像。不銹鋼板在室溫下經(jīng)受的應(yīng)變或在牽拉疲勞過程的屈服點(diǎn)為31/平方毫米。在應(yīng)變狀態(tài)下，大多數(shù)鋼板的磁性圖像中顯示從應(yīng)變誘發(fā)產(chǎn)生馬氏體相變的的相同的漸進(jìn)變化，雖然原因仍然沒有解決，但其他鋼板同時(shí)還產(chǎn)生了附加的不同的變化。在疲勞進(jìn)程的早期階段，以28/平方毫米的應(yīng)力振幅的牽拉疲勞過程在應(yīng)變過程圖像上還產(chǎn)生了一定的差異。該研究為闡明在應(yīng)變或疲勞過程下用于電力站，化工廠和醫(yī)療設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料304不銹鋼的復(fù)雜的破壞進(jìn)程提供了新的視野。關(guān)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(píng)價(jià);不銹鋼;奧氏體相;應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變;疲勞進(jìn)程。1.引言 社會(huì)保障和環(huán)境問題的調(diào)用要求更高水平的結(jié)構(gòu)材料的可靠性和穩(wěn)定性，如在鐵和不銹鋼在工業(yè)上對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的支持。利用無損評(píng)估（NDE）來調(diào)查在結(jié)構(gòu)材料下疲勞和/或應(yīng)變進(jìn)程下的破壞過程的技術(shù)已取得很大的努力。 近來在利用高靈敏度的磁傳感器磁強(qiáng)計(jì)，如超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）和微霍爾傳感器的研究進(jìn)展由于其在常規(guī)技術(shù)如渦流，超聲和x射線成像等上具有很多優(yōu)點(diǎn)為磁性材料的無損檢測(cè)提供新的并且有前途的技術(shù)。磁性成像技術(shù)是通過使用SQUID在經(jīng)受應(yīng)變處理的低碳鋼內(nèi)無損檢測(cè)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(cè)由于疲勞過程引起的低碳鋼內(nèi)的小裂紋（10毫米長(zhǎng)和0.1毫米寬），使得SHM可以用作磁性材料的簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)和常規(guī)的無損檢測(cè)工具。我們?cè)谶@里使用該顯微鏡觀察經(jīng)受室溫下應(yīng)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(jìn)程對(duì)304不銹鋼的圖像的影響。2.實(shí)驗(yàn)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(diǎn)和68/平方毫米的拉伸強(qiáng)度并被加工成3.8厚板。它們具有如下的化學(xué)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(jié)構(gòu)。前者在兩側(cè)均有有凹口，但后者并沒有。 為了誘導(dǎo)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(yàn)機(jī)在約0.001/s沿著樣品的長(zhǎng)度的應(yīng)變速率進(jìn)行單軸應(yīng)變。特別注意了機(jī)器周圍環(huán)境以免在試驗(yàn)期間磁化樣品。降低負(fù)載到零后，在應(yīng)變狀態(tài)下的鋼板經(jīng)受磁性測(cè)量作為應(yīng)變以漸進(jìn)方式的參數(shù)。反復(fù)進(jìn)行測(cè)量直到觀察樣本以更高的水平并減少到負(fù)載為零。此外，一些鋼板A的經(jīng)受的拉伸疲勞試驗(yàn)使用常規(guī)的液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)并以28/平方毫米的應(yīng)力振幅和29.2赫茲的頻率，排除疲勞進(jìn)程下的破壞性過程。磁性測(cè)量在漸進(jìn)過程中作為使用循環(huán)應(yīng)力通過停止機(jī)器并移開鋼板的參數(shù)，直到在樣本里出現(xiàn)微裂紋。2.2測(cè)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(cè)量不銹鋼表面零外場(chǎng)自發(fā)磁化的磁性圖像。該SHM裝有使用步進(jìn)電機(jī)和朝向所述傳感器的樣品保持器的可在X與Y方向移動(dòng)的微型霍爾傳感器。霍爾傳感器（ARE-POC：HHP-VP）組成的外延GaAs膜用于測(cè)量垂直于樣品表面的磁場(chǎng)。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(cè)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(zhǎng)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(chǎng)的二維分布通過個(gè)人電腦完成從電壓到磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換。特別注意了零電壓引起零點(diǎn)偏移漂移在整個(gè)測(cè)量運(yùn)行期間的磁場(chǎng)。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(jì)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(hào)。請(qǐng)注意，對(duì)于應(yīng)力或牽拉疲勞的應(yīng)用負(fù)載線被引導(dǎo)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(jìn)行掃描的區(qū)域。3.結(jié)果與討論 大量的304不銹鋼板A和B的經(jīng)受在室溫下的應(yīng)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(cè)定于樣品的表面上。在本節(jié)中，我們提出將鋼板A和B經(jīng)受應(yīng)變處理的磁性圖像展示出來，然后移動(dòng)結(jié)果到鋼板A進(jìn)行的牽拉疲勞過程。3.1更改為在同一應(yīng)變過程不銹鋼板A和B磁性圖像大多數(shù)鋼板A在一個(gè)應(yīng)變過程中的磁性圖像表現(xiàn)出類似的變化。如從圖2中可以看出，非接受應(yīng)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(yīng)變的施加導(dǎo)致在加載后的圖像顯著變化并將其轉(zhuǎn)換為具有兩個(gè)峰的分布，并處在凹槽周邊從受應(yīng)力的樣品負(fù)載線沿著一個(gè)有限角度的方向。盡管在圖像中峰的位置沒有變動(dòng)的，在塑性應(yīng)變?cè)黾訒r(shí)，圖像中一定程度的大小數(shù)量變化變得十分重要。為了解釋在應(yīng)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(jīng)受一個(gè)塑性應(yīng)變使其發(fā)生從順磁性奧氏體相到鐵磁馬氏體相的轉(zhuǎn)變，這被稱為應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變。為了解決這個(gè)變換，維氏硬度Hv為5kg的負(fù)載水平的測(cè)試值是從鋼板表面一處接一處地測(cè)量的。結(jié)果顯示對(duì)于受應(yīng)力鋼板A的HV的分布和磁性圖像如圖2所示之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。同時(shí)，在受11%應(yīng)力下的鋼板表現(xiàn)出了320360的最大的HV值并出現(xiàn)在了如圖2（d）所示兩個(gè)峰的周邊。該相同的相關(guān)性也存在于磁導(dǎo)率的分布和受應(yīng)力鋼板A.表面的磁性圖像。更有甚之，如圖3所示，與無應(yīng)變樣品比較時(shí)，在受應(yīng)力鋼板A的凹槽附近有許多滑移線的微結(jié)構(gòu)。所有這些事實(shí)表明，如圖2所述磁性圖像中的變化可以歸因于該應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變。與以上面提到的結(jié)果相反，雖然與在非應(yīng)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(hào)碼）在應(yīng)變過程中在磁性圖像中表現(xiàn)出了不同和異常的變化。這樣的例子示為受5.5的應(yīng)力鋼板圖如圖4（a）和為受0.7應(yīng)力的鋼板圖如圖4（b）。從圖中可以看出，后者在兩個(gè)凹口之間的圖像顯示出了附加的圓形圖案，連同信號(hào)歸因于上面提到的馬氏體轉(zhuǎn)變。另一方面，前者在圖像中有進(jìn)一步的異常并形成了圓形圖案，掩蔽了凹槽周圍相應(yīng)槽口馬氏體轉(zhuǎn)化造成的信號(hào)。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(jìn)行常規(guī)冶金研究，并如圖4所示。然而，結(jié)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(jù)。所有施加應(yīng)變過程在圖像中中解釋異常起源的試驗(yàn)失敗，并揭示了在應(yīng)變過程的破壞性進(jìn)程的復(fù)雜性，伴隨應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變。相比較而言，值得一提的結(jié)果為鋼板B，即使在由于樣品幾何形狀使得在長(zhǎng)度和寬度方向上都由塑性應(yīng)變，其獲得相對(duì)較多應(yīng)力分布。圖5顯示出了在一個(gè)應(yīng)變進(jìn)程變化的圖像。需要注意的是，為了檢查再現(xiàn)性，我們采取了部分由于應(yīng)變處理鋼板B的磁性圖像并從中得到幾乎相同的結(jié)果。如從圖5中可以看出，由于塑性應(yīng)變的鋼板B產(chǎn)生許多圓形圖案，并隨著應(yīng)力增加而增多。雖然在鋼板B的微觀結(jié)構(gòu)上有許多由于馬氏體相變產(chǎn)生的滑線，在圖像上這種轉(zhuǎn)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(jīng)受應(yīng)變進(jìn)程的表面磁性圖像：（a）非應(yīng)變; （b）2.5應(yīng)變; （c）7.1應(yīng)變; （d）11.0應(yīng)變。注意，對(duì)于應(yīng)變的載荷線平行于y軸。在該圖中還寫出對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)中的高斯的近似值來引導(dǎo)讀者。圖3：不銹鋼板凹槽附近的微結(jié)構(gòu)，當(dāng)它是：（a）非應(yīng)變; （b）11.0應(yīng)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(jìn)程不銹鋼板A的磁性圖像 圖6顯示出了在疲勞進(jìn)程中漸進(jìn)的變化所引起的不銹鋼板A的磁性圖像，進(jìn)行拉疲勞試驗(yàn)在28千克/平方毫米和29.2赫茲的頻率的應(yīng)力的幅度。注意該樣品在受到提升應(yīng)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(zhǎng)，0.1mm寬）。結(jié)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(yīng)力幅度小于屈服點(diǎn)（=30公斤/平方毫米），A疲勞進(jìn)程使得在圖像中發(fā)生了變化。與應(yīng)力過程相比（參照?qǐng)D2）相比，該圖像在靠近槽頂部有一個(gè)單峰。增大N的值到61300增強(qiáng)了凹槽附近的圖像的峰值（即雜散磁場(chǎng)強(qiáng)度），并最終導(dǎo)致小裂紋（5mm長(zhǎng)，0.1mm寬）。需要注意的是，在其中產(chǎn)生裂紋的地方對(duì)應(yīng)于該圖像具有凹口鄰近的單峰的地方。這一事實(shí)表明預(yù)見疲勞過程中應(yīng)變局部化在鋼板中產(chǎn)生微裂紋的可能性。此外，在在疲勞的進(jìn)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(qiáng)烈的曲線。即使當(dāng)N=61,300時(shí)，小裂紋出現(xiàn)，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(yīng)力過程中時(shí)不會(huì)出現(xiàn)的。因?yàn)橐粋€(gè)牽拉疲勞試驗(yàn)是利低于屈服點(diǎn)的負(fù)載點(diǎn)，疲勞的進(jìn)展本應(yīng)沒有宏觀變形地影響微結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生局部微應(yīng)力。這可能引起馬氏體轉(zhuǎn)變上機(jī)制的一些差異，使得它會(huì)導(dǎo)致在破壞性的應(yīng)變過程和疲勞進(jìn)程之間在圖像中的不同變化。圖4：自發(fā)磁化對(duì)不銹鋼板A經(jīng)受應(yīng)變處理的表面不同磁性的圖像：（a）5.5應(yīng)變; （b）0.7應(yīng)變。需要注意的是，從圖2（a）中所示的結(jié)果，無應(yīng)變狀態(tài)在圖像中沒有顯著差異。在該圖中還顯示出對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)中的高斯的近似值來引導(dǎo)讀者。(a)(b)(c)圖5：對(duì)不銹鋼板B經(jīng)受應(yīng)變進(jìn)展的表面自發(fā)磁化磁性圖像：（a）無應(yīng)變; （b）0.8應(yīng)變; （c）13.8應(yīng)變。注意，對(duì)于應(yīng)變的載荷線平行于y軸。在該圖中還示出對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)中的高斯的近似值來引導(dǎo)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(yàn)的表面磁性圖像：（a）原始狀態(tài); （b）20,000個(gè)周期; （c）60000個(gè)周期，（d）61300個(gè)周期。注意，對(duì)于一個(gè)牽拉勞試驗(yàn)載荷線平行于y軸。在該圖中還示出對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)中的高斯的近似值來引導(dǎo)讀者。4.總結(jié)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(jīng)受了應(yīng)變