产品样本应用文章
与其他非铁磁性材料相比，铁磁性材料的物理性质有很大的不同。它具有很高的磁导率，对样品进行磁化时，样品表面会泄漏磁场，在低频外磁场作用下会产生微涡流信号，上述物理现象归因于铁磁材料自发磁化形成的磁畴结构，每个磁畴就像一块天然磁铁。铁磁材料内部存在许多小的磁畴结构，每个畴区包含大量的原子，同一畴区内的原子具有相同的磁矩方向，而相邻畴区内的原子具有不同的磁矩方向，它们由磁畴壁分开，磁畴的磁矩方向各不相同，但是相互抵消，总和为零，整个铁磁材料对外不显示磁性。因此，对于铁磁构件的应力检测，出现了许多的其特有的检测手段。相对于非铁磁材料而言，铁磁材料的应力检测方法更加种类繁多，越来越受到人们的广泛关注，在管道运输、轨道交通、桥梁工程等在役铁磁构件的承受应力评估中应用广泛。 铁磁性材料的磁畴在外磁场的作用下发生运动，引起材料的矫顽力、磁滞回线、磁声发射和巴克豪森噪声等宏观磁性能的变化。这些信号与材料结构和应力的变化之间联系紧密，密切相关。常用的磁无损检测技术主要有微观磁无损检测技术和宏观磁无损检测技术。微观磁无损检测技术主要有:磁畴动态特性；宏观磁无损检测技术有磁滞回线、磁记忆、漏磁、磁声发射、巴克豪森噪声和磁滞膨胀。微观的动态特性决定了宏观磁响应，宏观磁信号是许多微观域运动的综合结果。
1. 畴壁（domain wall） 畴壁是一种物理现象，它在磁场中尤为重要。具体来说，畴壁指的是相邻磁畴之间的原子磁矩不是突然转向，而是沿着一个磁矩方向逐渐变化的过程形成的边界。在这个过程中，原子磁矩不会平行排列，并且会偏离易磁化方向，导致交换能和各向异性能的增加。这样的结构有助于减少因自发磁化引起的能量损失。 在铁磁材料中，畴壁的存在是由于短程强交换作用和长程静磁作用的共同作用。磁畴的形成需要付出一定的代价，因为破坏了磁矩的两边平行排列，从而增加了交换能。为了减少这种能量的增加，磁畴之间的原子磁矩会在畴壁上逐渐变化，而不是直接转向。这样，磁畴分割得越来越细，需要的畴壁数量也就越多，总的是畴壁能越高。最终，系统达到的总自由能是很低的。 畴壁的厚度取决于交换能和各向异性能的平衡。不同的磁畴之间的磁化方向可能不同，因此畴壁可以分为180°壁和90°壁。磁畴的宽度一般在10^-2至10^-5 cm之间。 此外，畴壁的概念也被引入到了其他领域，例如在铁电体中，畴壁是指两个电畴之间的界壁。在铁电材料中，畴壁是用来描述具有不同极化方向的区块之间的分界的术语。 综上所述，畴壁是在磁场或铁磁材料中，由磁畴分裂形成的边界，它是由于磁矩在不同方向上的逐渐变化而产生的，并且在铁电体中，畴壁用来描述电畴之间的界面。 2. 布洛赫壁（Bloch wall） 布洛赫壁是一个德语单词，在英语中也被广泛使用，通常被翻译为“障壁”、“阻塞”或“屏障”。 在铁磁材料中，布洛赫壁是晶体材料内的一个特定结构。它描述了磁矩在大块晶体材料内部的过度方式。在布洛赫壁中，磁矩的过度方式始终保持与畴壁平面平行，因此，在畴壁面上不会出现自由磁极，这有助于防止退磁场产生并维持畴壁的能量极小。然而，晶体的上下表面会因磁矩的存在而产生磁极。 3. 磁巴克豪森跳跃（magnetic Barkhausen jumps） 铁磁材料在外部交变磁场的作用下，随着外磁场的增大，磁畴壁会多次发生跳跃式不可逆移动，材料内部产生非连续性的电磁脉冲，这种现象称为巴克豪森跳跃，也称为磁巴克豪森噪声。 巴克豪森法残余应力检测仪可以对材料的残余应力分布进行快速检测和鉴别。作为X射线衍射法的补充，对大量样品的快速鉴别效率极高，GNR公司现已推出MagStress5c 巴克豪森应力检测仪。
钢等铁磁材料及其加工构件具有优良的硬度、强度及韧性等机械性能，被广泛应用于桥梁建筑、能源运输、交通工程等一系列关乎国民生计的重要领域。 铁磁构件长时间暴露在比较糟糕的环境中，如超高温度、较高负荷等恶劣环境下，容易使得材料承受能力变弱甚至产生裂纹等。无损检测是评估材料性能的重要技术手段，能及时发现材料缺陷，保证安全。裂纹是导致材料失效的重要原因之一，被称为“工业癌症”。铁磁构件在长期载荷下，局部由于受力不均出现残余应力以及应力集中，最终导致裂纹的产生，使得构件变形断裂引发事故。如图a为斜拉索大桥长期超荷下，导致斜拉索断裂，桥面坍塌。图b为钢轨长时间应力集中，得不到释放，导致钢轨变形，危及行车安全。图c为天然气输送管道长期高压下，产生裂纹，导致天然气泄漏，发生火灾。归根到底，应力是导致铁磁材料性能退化，产生缺陷的重要因素�？赏üα觳舛怨辜牧系墓ぷ髑榭鼋性づ�。 图a 拉索桥长期载荷导致坍塌 图b 应力集中导致钢轨变形 图c 长期高压导致天然气管道泄漏 如何检测铁磁材料构件的微观缺陷、应力状态和疲劳状态并预测剩余寿命是工程应用中的一个比较棘手的问题。应力无损检测技术是可以解决这一问题的重要技术手段。一方面，要判断应力集中的位置；另一方面，它可以用来分析被评价构件的状态并预测其发展趋势并进行测量，进行安全评价，发现不安全地区，以便及早发出警报。 巴克豪森法残余应力检测仪可以对材料的残余应力分布进行快速检测和鉴别。作为X射线衍射法的补充，对大量样品的快速鉴别效率极高，GNR公司现已推出MagStress5c 巴克豪森应力检测仪。
国外标准 X射线法是由俄国学者于1929年提出。 20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。 1961年，德国的E.Mchearauch提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。 然而遗憾的是，随着残余应力测试设备制造技术的快速发展，行业缺乏相关标准，缺少足够的设备检定技术依据，导致测试方法无所适从，各实验室很难进行测试数据的比对和能力验证，很难具有公信力。 1971年，美国汽车工程师学会发布第一个行业标准SAE J784a "Residential Stress Measurement by X-ray Diffraction"； 随后1973年，日本材料学会颁布第一个国家标准JSMS-SD-10-73" Standard Method for X-ray Stress Measurement"。 为反映新技术进步和成熟的测试方法，欧盟标准委员会(CEN)于2008年7月4日批准了新的X射线衍射残余应力测试标准 EN 15305-2008"Non-destructive Testing- Test Method for Residual Stress analysis by X-ray Diffraction"，该标准于2009年2月底在所有欧盟成员国正式施行。 该标准对X射线残余应力测试的技术和方法等诸多方面进行了更新，解决了上述的行业问题，全面、细致系统阐述了X射线衍射法残余应力分析的原理、测定方法、材料特性、仪器选择和常见问题处理等方面的内容。新标准也因此获得了业界的一致认可。 与之相呼应，美国试验材料学会(ASTM)也于2010年7月发布了最新的美国标准版本ASTM E915-10 "Standard Test Method for Verifying the Alignment of X-ray Diffraction Instrumentation for Residual Stress Measurement"。 之后，欧美国家围绕X射线衍射法，颁布了一系列检测标准，为行业发展树立了标杆，X射线行射法测定残余应力得到了越来越广泛的应用，技术手段也日益成熟。 国内标准 纵观国内，我国最早的X射线应力测定方法标准GB/T 7704-1987，发布于1987年，其主要内容采标自日本标准。 受限于当时的软件水平、测试技术、探测器制造技术和数据采集技术，GB/T 7704-1987具有许多不足： 首先，其内容相对简单，术语和定义仅6条，定峰方法只有半高宽和抛物线两种，整个标准只有7页； 其次，其应用范围窄，仅适用于铁素体钢系和奥氏体钢系某一给定方向的平面应力； 另外，只能采用CrK α 和CrK β 射线源，采用计数管扫描寻峰，寻峰方式工作效率较低。 GB/T 7704-2008是GB/T 7704-1987的修订版，经过20 多年的发展，设备制造技术有了较大提升，方法也有了较大变化，当时欧盟标准尚未发布，但SAE(美国汽车工程师协会)规范已能检索到�？悸堑焦谏璞傅氖导是榭�，GB/T 7704-2008对设备并没有提高要求，零应力检定仍然保持和GB/T7704-1987的相同，但是在术语定义、定峰方法、测试方法等方面作了扩展。 GB/T 7704-1987及GB/T 7704-2008，其技术要求过于简单，技术水平较低，主要根据当时我国应力测试设备的制造现状而制定，无法及时和国际先进技术同步。因此，2012年，在国家无损检测标委会的直接推动下，国家标准化委员会批复同意启动了GB/T7704-2008的修订工作。最终于2015年12月完成了标准的修订工作，即现行的GB/T 7704-2017。 最新修订的GB/T 7704中增加了大量术语和定义(三维应力、设备、方法相关)，使得过去一些含糊不清的描述表达变得规范化。为了使标准的应用更为广泛，新国标中增加了三维残余应力的理论计算方法以及具体测定流程，以帮助广大X射线应力测试工作者正确理解和执行标准，为获得比较可靠的试验结果提供了必要的理论解惑和技术支持。
磁弹技术是在1919年发现的一种物理现象的基础上发展而来的。 铁磁性材料是由许多小的像条型磁铁状的磁性区域组成的，这种磁性区域叫做磁畴；每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。磁场会引起磁畴壁来回的移动，当磁畴的一侧磁畴壁收缩而另一侧的磁畴壁增长时会导致磁畴有序的移动。磁畴的变化会使磁化总量发生改变。 用电磁线圈靠近样品，磁畴壁移动时产生的磁变化量会使线圈中产生一个脉冲电流。1919年巴克豪森教授首先发现了这一现象。他证明了这种磁化进程，并用磁滞曲线的形式描绘了出来。事实上这个曲线并不是连续的，是由外磁场导致磁畴移动而产生的许多小的、突然的步骤组合而成。当由磁畴运动而产生的电流脉冲叠加到一起时，一种像噪声一样的信号就产生了，这就是巴克豪森信号。 大多数材料中巴克豪森信号的功率谱从磁化频率开始可达到250kHz。在材料内部传递时巴克豪森信号的衰减是指数级的，主要取决于由磁畴壁移动产生的电磁场所生成的涡电流的衰减程度。衰减范围决定了可获取信息的位置深度（测量深度）。影响深度的主要因素有： ? 噪声信号可分析的频率范围 ? 被测材料的可导性和渗透性 实际应用中测量深度一般在0.01到1.5毫米之间。 两种重要的材料特性会极大的影响巴克豪森信号的强度。 利用巴克豪森信号的磁弹法在实际应用中可以分为三类： 1、评估残余应力，提供微观组织结构变化的情况并进行相应控制。 2、评估微观组织结构变化情况，提供应力等级并进行相应控制。 3、检测含有应力、微观组织结构变化的缺陷。 巴克豪森法残余应力检测仪可以对材料的残余应力分布进行快速检测和鉴别。作为X射线衍射法的补充，对大量样品的快速鉴别效率极高，GNR公司现已推出MagStress5c 巴克豪森应力检测仪。
残余应力对工件有很大的危害，会使工件发生变形甚至是断裂，而工件一旦发生变形就会对使用精度造成影响，所以消除残余应力显得尤为重要。 纵观全球相关领域，消除残余应力的方法大约有四种： 第一种是自然时效，通过自然放置消除残余应力，这种方法耗时过长，难以适应现代科技及生产需要； 第二种是传统的方法——热时效法，把工件放进热时效炉中进行热处理，慢慢消除残余应力。但这种方法的缺点也非常的显著，对要求非常严格的工件或者是大型工件都无法用这种方法处理，而且这种方法还带来了大量的污染和能源消耗，随着中国及世界范围内对环保的进一步要求，热时效炉的处理方式马上面临全面退出的境地。 第三种是利用亚共振来消除残余应力，这种方法虽然解决了热时效的环保问题，但是使用起来相当繁琐。更令人遗憾的是这种方法只能消除23%的工件应力，无法达到处理所有工件的目的。 第四种是振动时效消除残余应力，是通过机械组装使之形成了一整套消除应力设备，它可以使工件在短时间内达到消除应力的作用，覆盖所有需要消除应力的工件。用频谱分析优选五个频率以多振型的处理方法达到消除工件应力的目的，所有形状大小的工件都可以使用这种设备完成，将激振器夹在工件上进行振动就可以达到消除应力的效果。 以上就是消除残余应力方法介绍，如果您有残余应力的分析需求或其他应用问题，欢迎咨询利曼中国。 意大利GNR公司是一家老牌欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的技术开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。 STRESS-X的衍射单元安装在6自由度机械臂上，可方便对各种形状和尺寸的样品进行检测，同时配有非接触自动激光准直系统提高定位精度，整个测试系统可封装在舱体中或安装在四轮合金推车上用于现场分析；EDGE的特点则为小巧便携、不受电源线束缚，另可扩展完成残余奥氏体和相位检测。两款仪器均符合ASTM E915及EN 15305国际标准，
提到X射线，大家首先想到的就是辐射安全问题，是否有可能对人身造成伤害。 X射线是电离辐射，对人体是有损伤的，接触射线的时间越长，距离越近致病的危险性就越大，例如拍胸片、透视或者做CT等等。如果长时间的接触X射线，因为X射线的辐射剂量可以在身体内累积，所以就会大量破坏人体的白细胞，使人体血液中的白细胞数量减少，进而导致机体免疫功能下降，使病原微生物容易侵入机体而发生疾病。 因此X射线类设备的安全问题尤为重要。GNR的残余应力分析仪装有安全连锁装置，在射线及快门打开的情况下，舱门是无法打开的，如果强行打开设备会立刻断电，保护使用人员的安全。另外仪器的辐射剂量经过欧盟的认证，远低于国内辐射剂量标准，让使用人员免除后顾之忧。 从辐射安全许可中可以看到，在射线出口10cm处，任何位置的辐射不超过88μSv/h，在射线出口处50cm，任何位置的辐射不超过3μSv/h，在射线出口处100cm，任何位置的辐射不超过0.5μSv/h. 我国标准要求全年的辐射剂量要低于50mSv，也就是说即使仪器全年都在使用，累计辐射剂量也才4.38mSv，要低于国标10倍以上，所以GNR残余应力分析仪在辐射安全方面是完全有所保证的。 意大利GNR公司是一家老牌欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的技术开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。 STRESS-X残余应力分析仪能够对任何尺寸和形状的样品进行无损分析残余应力检测，这要归功于其衍射单元安装在6轴机械臂上。STRESS-X单元包括通过X射线衍射进行残余应力或残余奥氏体测量所需的所有条件。 在标准版本中，机械臂和相关附件安装在坚固的钢制手推车上，该手推车装有所有控制电子设备，用于管冷却的水冷却器和个人计算机等。STRESS-X可以在距机械臂中心895 mm的距离下测量位于平台上的样品或将机械臂移出平台来检测大型样品。
残余应力的产生原因众多，分布复杂、且检测困难，在航空、航天、兵器等行业的机械加工领域中，残余应力是对工件的尺寸稳定性、应力腐蚀、结构强度及疲劳寿命等指标的主要影响因素之一，同时也是引起变形、开裂等问题的罪魁祸首。 残余应力检测技术及其特点 现有的残余应力测量方法主要包括有损检测(机械法)与无损检测(物理法)两大类：前者对试件具有一定破坏性，通过应力释放的方式可以测得第一类残余应力，主要包括盲孔法、剥层法、取条法、切槽法等；后者为非破坏性的检测方式，包括激光干涉法、云纹分析法、X射线衍射法、中子衍射法、磁应力法和超声法等。 X射线法具有原理成熟(通过测量晶格间距变化求出应力大小)、方法完善、可重复测量、测试精度高、无损等优点，可现场操作并绘制应力云图，为目前先进、无损、可靠，切实可行的残余应力测定方法，在残余应力无损检测领域具有公认的权威性，有助于进行工艺实施前后的效果验证： 1. 不改变材料状态，属无损测量 2. 通过与其它材料剥离、电解抛光方法配合，可实现对残余应力的逐层测定，适用于精确测定应力沿层深的分布 3. 通过多点多向测量，可绘制工件应力分布的完整云图 4. 应力测量值指导并修正CAE的应力仿真值，可以相对准确、全面的掌握工件在各个加工环节的应力状态，并引申得到加工变形情况 不同阶段残余应力检测的价值 由于锻、轧、铸毛坯的成型过程与工艺方法、工艺参数等因素，残余应力几乎存在于工艺的每个流程。任何阶段产生塑性流动(塑性变形)都会导致零件中残余应力的状态发生变化。因此，在各个阶段进行残余应力检测，有利于把控工件制造的整体质量，便于发现变形原因。 比如毛坯阶段，加工工艺定型后，毛坯残余应力的大小和分布规律直接影响最终加工完成后零件的尺寸变形。同批次零件毛坯的应力水平和一致性是加工合格率的关键。这个阶段进行应力检测，可从基本上发现问题，以免残次毛坯再加工，造成巨大浪费。 在工件加工阶段，残余应力检测可以在制造早期发现可能有缺陷的部件，并有效缩短识别问题的时间和重新制造部件的成本。对于一些创新性强的公司来说，甚至可以根据残余应力检测建立数据库，根据大数据，发现不同应力值对工件的影响规律，实时准确监控组件中的应力，以此了解何时制造设备需要维护甚至更换刀具等。 在工件加工制造过程中测量残余应力，另一个好处是能够优化工艺顺序，以便使成品部件中具有完好的残余应力状态。许多热处理过程可以缓解或消除零件的应力，如果在高应力操作之前可以进行热处理，则可能更好地减少或消除部件中的翘曲现象。 工件服役阶段，残余应力检测同样具有很高的价值。工件投入使用后，应力可能会有所消退。在日常维护期间，对高负载应力的零件进行检测，可以有效评估零件寿命，进行失效评估，长此以往，可以根据应力自然值判断是否需要维修或更换零件。 意大利GNR公司是一家老牌欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的技术开发和研究，能够为各种应用开发分析程序，提供相应的实验室设备，并通过其售后网络在全球范围内提供咨询和客户支持。 STRESS-X残余应力分析仪的设计旨在为实验室和现场使用的制造过程中的质量保证和质量控制实践提供快速、可靠的解决方案。 它易于使用，但同时又能够满足大多数客户的苛刻要求。其优点包括： 紧凑而强大的机器人 STRESS-X残余应力使用机械臂进行测量点选择并执行所需的扫描：精度为10μm，可提供出色的结果。 检测器特性 STRESS-X仪器中提供的检测器适用于多种X射线辐射。灵敏的区域和荧光抑制，无需维护。 可调探测器距离 可提高测量分辨率，这对于测量低应力值的样品（例如，焊接外壳）是特别需要的。 激光性能 激光精度小于2μm，测量范围为150±40mm。 激光对焦 可以对焦样品，避免样品与测量系统之间发生碰撞（例如，可以在不切割样品的情况下分析齿轮齿根）。 优点是不仅可以在最短的时间内完成仪器距离校准，而且无需进行任何准备就可以测量具有复杂几何形状的样品。 自动准直仪距离校准 激光自动执行对准程序，不需要校准。 软件 这是一种非常易于使用的解决方案，适用于经典的单{hkl}、单向和多向残余应力分析，符合UNI EN 15305。 简单直观的用户界面可通过所有相关数据的完整图形快速评估不同的方法并获得所需的结果。 STRESS-X残余应力分析仪能够对任何尺寸和形状的样品进行无损分析残余应力检测，这要归功于其衍射单元安装在6轴机械臂上。STRESS-X单元包括通过X射线衍射进行残余应力或残余奥氏体测量所需的所有条件。 在标准版本中，机械臂和相关附件安装在坚固的钢制手推车上，该手推车装有所有控制电子设备，用于管冷却的水冷却器和个人计算机等。STRESS-X可以在距机械臂中心895 mm的距离下测量位于平台上的样品或将机械臂移出平台来检测大型样品。
残余应力的检测方法主要有两种：无损的物理检测方法和有损的应力释放法。其中，X射线残余应力检测方法是常用的无损法，盲孔法应力检测是有损法。 相对来说X射线法检测残余应力较为准确，是无损法宏观残余应力检测常用的检测方法。它是一种间接检测应力的方式，通过检测衍射角2θ相对于晶面方位角ψ角变化率来检测表层微小区域的应力。由此可以看出，X射线方法检测的是工件弹性应力应变，并不是塑性应力应变，塑性变形不会改变晶格间距，不会发生衍射角度的变化。 在理想多晶体中，同族晶面的面间距d是相等的，无论X射线从什么角度入射，无论晶面方位角ψ角为何值，衍射角2θ都是不变的。在拉应力状态，晶面方位角ψ越大，晶面间距也越大，相应的衍射角2θ越小；同理，在压应力状态，晶面方位角ψ越大，晶面间距变小，衍射角2θ则越大；衍射角2θ随方位角变化的快慢程度，直接反应出应力值的大小。 应力测定的衍射几何方式有两种： 同倾法是在衍射仪上进行常规对称衍射，入射线与计数管轴线对称分布在试样表面法线两侧，此时晶面方位角ψ角为零；从晶面方位角ψ角=0的位置，另试样轴转过一个角度，对选定的衍射峰进行定峰和扫描，一般晶面方位角ψ角取值3-4个。 意大利GNR公司是一家老牌欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的技术开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。 STRESS-X残余应力分析仪能够对任何尺寸和形状的样品进行无损分析残余应力检测，这要归功于其衍射单元安装在6轴机械臂上。STRESS-X单元包括通过X射线衍射进行残余应力或残余奥氏体测量所需的所有条件。 在标准版本中，机械臂和相关附件安装在坚固的钢制手推车上，该手推车装有所有控制电子设备，用于管冷却的水冷却器和个人计算机等。STRESS-X可以在距机械臂中心895 mm的距离下测量位于平台上的样品或将机械臂移出平台来检测大型样品。 STRESS-X残余应力分析仪的设计旨在为实验室和现场使用的制造过程中的质量保证和质量控制实践提供快速、可靠的解决方案。 它易于使用，同时又能够满足大多数客户的苛刻要求。
镍基高温合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金、镍基耐蚀合金、镍基耐磨合金、镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。因其耐高温耐腐蚀的特点，被广泛应用于航空航天领域。 本文采用意大利GNR公司的EDGE残余应力分析仪对镍基高温合金进行测试，显示其表面应力分布较为均匀。
