CN112748178A - 基于磁性法的平面渗碳试样测定方法 - Google Patents
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Abstract
基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，属于轴承检测领域。本发明是为了解决现有的对渗碳层检测的方法无法同时保证检测效率及准确度，并且不能够达到100％检验的问题。本发明方法包括：在设备软件内进行磁信号与渗层深度的数据库建立，采用最小二乘法的分析方式寻找磁信号与渗层深度之间的最佳函数匹配，最终获得相关系数接近1的多项式方程，经验证可较为合理的建立磁信号与渗层深度值间的函数关系，从而可通过采用无损方法测定渗碳试样表面磁信号参数计算获得渗层深度值，最终实现采用磁性法无损的进行平面渗碳试样的渗层深度检测。本发明用于渗碳层试样检测。
Description
技术领域
本发明涉及基于磁性法的平面渗碳试样测定方法。属于轴承检测领域。
背景技术
在轴承加工过程中，渗碳处理是一道重要工序，轴承工作表层质量直接影响轴承表层工作性能，渗碳强化后的渗层深度不合格或不均匀等是目前轴承制造、加工过程中经常出现的问题点。
目前对于渗碳层检测一般采用非无损方式的金相法及显微硬度法，金相法即渗碳后对零件进行相应热处理，通过分析热处理后得组织来判定渗碳层的深度，检测精度低，显微硬度法即从试样边缘起测量显微硬度值的分布梯度，根据相应标准测定有效硬化层深度，检测精度高，但效率低，这两种测定方法均为非无损检测手段，检测过程会对待测零件造成不可逆破坏，因而在实际生产中无法达到百检目的。目前暂无成熟的无损检测手段，因此，采用无损检测方法准确测定渗碳层深度，是分析工作者一直追求的目标。
发明内容
本发明是为了解决现有的对渗碳层检测的方法无法同时保证检测效率及准确度，并且不能够达到无损检验的问题。现提供基于磁性法的平面渗碳试样测定方法。
基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，包括：
步骤一、获取不同渗层深度的试样样块，每个试样样块按照0.06mm、0.04mm、0.06mm、0.04mm磨削深度的规律对渗碳层深度分次磨削，每磨削一次得到一个渗层深度数据，构成渗层深度数据集；
步骤二、在平面渗碳试样表面采集磁信号参数，所述磁信号包括正切磁场强度时间信号、巴克豪森噪音信号、增量磁导率信号以及多频涡流信号；
步骤三、基于渗层深度数据利用最小二乘法建立磁信号与渗层深度之间的函数关系，根据测定的平面渗碳试样表面磁信号参数计算获得渗层深度值，进而根据渗层深度值对平面渗碳试样进行检测。
有益效果
本发明基于磁性法的渗层检测通过试样制备数据采集与分析，并筛选实验数据对曲线的相关系数进行了优化，形成平面试样的最终检测用数据库与检测方程，并对工作曲线测试方程结果并进行了比对分析，通过采用其他非无损方法与本发明方法比较，如表2和表3所示，证明了该检测方法的准确性重复性均良好，该方法方便稳定快捷，准确度高，可以应用于平面渗碳试样的渗层深度检测。
本发明采用磁性法检验平面渗碳试样，仅以接触的方式采集磁信号，进而通过磁信号与采集的渗层深度数据建立函数关系计算渗层深度值，实现了对平面渗碳试样的无损检测。
采用渗碳试样制备及数据采集分析方法，通过优化数据库、筛选合理数据，提高曲线的相关系数，形成平面试样的最终检测用数据库与检测方程，测定结果快速准确，能够满足工艺要求。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2a为切向磁场强度谐波分析图；
图2b为巴克豪森噪音信号分析图；
图2c为增量磁导率信号分析图；
图2d为多频涡流信号分析模块；
图3为数据处理结果；
图4为相关系数情况。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1来说明本实施方式，本实施方式的平面渗碳试样磁性法测定方法，包括：
步骤一、选取6种渗碳层深度的试样样块各10块，每个试样样块按照0.06mm、0.04mm、0.06mm、0.04mm(不仅限于4此，可以为多次)磨削深度的规律对渗碳层深度分次磨削，每次磨削得到一个渗层深度数据，构成渗层深度数据集；
步骤二、采用3MA渗层深度测试仪，通过电磁线圈探头在平面渗碳试样表面以非破坏仅接触的方式采集磁信号参数，所述磁信号包括正切磁场强度时间信号、巴克豪森噪音信号、增量磁导率信号以及多频涡流信号；为了排除数据采集过程中出现异常信号而影响实验结果，对每个试样分别采集磁信号30次，形成240组磁信号，渗碳试样情况如表1所示；
表1渗碳试样情况
2.1、正切磁场强度时间信号(Ht信号)的谐波分析：
在电压驱动磁化的情况下，材料磁滞产生一个随时间变化的非正弦的磁轭线圈电流的形状，即磁化电流显示出的高次谐波，由于磁滞对称性，只产生奇数次谐波；
A3，A5，A7，P3，P5，P7：通过对Ht信号进行傅里叶分析，可以确定1、3、5、7、9阶谐波的幅值和相位(由于磁滞对称性，只有奇数次谐波产生)，能够确定的参数如下：
UHS：高次谐波振幅总和；
K：畸变因数
Hco:谐波分析中的矫顽磁场；
Hro：过零点场强谐波含量；
Vmag：高负载磁化频率下的电磁体最后阶段的电压；
2.2、巴克豪森噪音信号分析，通过得到的信号可以确定如下参数：
MMAX:曲线最大振幅(用于渗碳、表面及芯部残余应力、表面加工硬化层深度等参数)用于判断热处理及锻压加工等对标线影响；
HCM：磁场强度在MMAX时所测得的采自巴克豪森噪音的矫顽磁场；
DH:MMAX为25％、50％、75％下的曲线宽度；
MMEAN:平均磁化周期(即曲线平均值)；
MR:剩磁点振幅；
2.3、增量磁导率信号分析，通过得到的信号可以确定如下参数：
μMAX：增量磁导率下的最大振幅，用于判断硬化层深度；
μMEAN：平均磁化周期；
μR：剩磁点振幅；
HCμ：磁导率磁导率增量引起的矫顽磁场强度，用于基本数据的判断；
DHμ：在25％、、50％、75％μMAX时的曲线宽度
2.4、多频涡流信号分析，通过得到的信号可以确定如下参数：
Re1、Re 2、Re 3、Re 4：涡流涡流信号在频率1、2、3、4的实部；
Im1、Im 2、Im 3、Im 4：涡流涡流信号在频率1、2、3、4的虚部；
Mag1、Mag 2、Mag 3、Mag 4：频率1、2、3、4的信号幅度
P、P 2、P 3、P 4：频率1、2、3、4的信号相位；
图2a-图2d示出了3MA渗层深度测试仪切向磁场强度谐波分析、巴克豪森噪音信号分析、增量磁导率信号分析、多频涡流信号分析四个测试分析模块；
步骤三、采用最小二乘法的分析方式寻找磁信号与渗层深度之间的最佳函数匹配，最终获得相关系数较好(相关系数接近1)的多项式方程，经验证可较为合理的建立磁信号与渗层深度值间的函数关系，从而可通过采用无损方法测定渗碳试样表面磁信号参数计算获得渗层深度值，最终实现采用磁性法无损的进行平面渗碳试样的渗层深度检测。
实施例
利用本发明方法采集实验数据，根据实验数据进行了初步的数据处理，计算过程中发现数据相关系数r∧2较低为0.7857，小于0.8，数据相关性较差，分析造成该现象的原因为，数据采集录入过程中，由于材料表面质量影响或操作失误造成有部分无效数据存在，经过统计梳理，对该部分数据进行了扣除，并对曲线进行了修正，获得了较好的相关系数，实验结果如图1、图2a-2d所示。
得到曲线及检测方程后，取不同渗层深度的渗碳样块进行测试，并将测试后的样块采用金相法进行测试，将测试结果进行比对，比对结果如表2、表3所示。根据比对结果可知，磁性法与金相法测试渗层深度结果偏差不大，且磁性法单点多次检测重复性好。
表2磁性法与金相法比对结果
表3重复性验证
Claims (5)
1.基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取不同渗层深度的试样样块，每个试样样块按照0.06mm、0.04mm、0.06mm、0.04mm磨削深度的规律对渗碳层深度分次磨削，每磨削一次得到一个渗层深度数据，构成渗层深度数据集；
步骤二、在平面渗碳试样表面采集磁信号参数，所述磁信号包括正切磁场强度时间信号、巴克豪森噪音信号、增量磁导率信号以及多频涡流信号；
步骤三、基于渗层深度数据利用最小二乘法建立磁信号与渗层深度之间的函数关系，根据测定的平面渗碳试样表面磁信号参数计算获得渗层深度值，进而根据渗层深度值对平面渗碳试样进行检测。
2.根据权利要求1所述基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，其特征在于，所述步骤二中正切磁场强度时间信号参数包括：
高次谐波振幅、畸变因数、矫顽磁场、过零点场强谐波含量和电磁体电压；
巴克豪森噪音信号参数包括：
轮廓曲线最大振幅，磁场强度在MMAX时所测得的采自巴克豪森噪音的矫顽磁场、曲线宽度、平均磁化周期和剩磁点振幅；
增量磁导率信号参数包括：
增量磁导率最大振幅、平均磁化周期、剩磁点振幅、矫顽磁场强度和曲线宽度；
多品涡流信号参数包括：
实部涡流信号、虚部我留信号、信号振幅和信号相位。
3.根据权利要求1所述基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，其特征在于，所述步骤二中在平面渗碳试样表面采集磁信号参数，对每个渗碳试样磁信号的次数为30次。
4.根据权利要求2所述基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，其特征在于，所述正切磁场强度时间信号中的畸变因数通过如下公式计算：
其中，A1、A3，、A5和A7分别为第1、3、5、7阶谐波的幅值。
5.根据权利要求2所述基于磁性法的平面渗碳试样测定方法，其特征在于，所述步骤二中通过3MA渗层深度测试仪在平面渗碳试样表面采集磁信号参数。
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