外文翻译-使用扫描霍尔显微镜观察由于应力或疲劳过程在奥氏体不锈钢的磁性图像的变化

使用扫描霍尔显微镜观察由于应力或疲劳过程在奥氏体不锈钢的磁性图像的变化摘要：使用载有面积为50m50m的有源霍尔元件的扫描型霍尔传感器显微镜，我们在若干处于顺磁性奥氏体相的 304不锈钢板的表面上测定自发磁化的二维磁图像。不锈钢板在室温下经受的应变或在牵拉疲劳过程的屈服点为31/平方毫米。在应变状态下，大多数钢板的磁性图像中显示从应变诱发产生马氏体相变的的相同的渐进变化，虽然原因仍然没有解决，但其他钢板同时还产生了附加的不同的变化。在疲劳进程的早期阶段，以28/平方毫米的应力振幅的牵拉疲劳过程在应变过程图像上还产生了一定的差异。该研究为阐明在应变或疲劳过程下用于电力站，化工厂和医疗设备的结构材料304不锈钢的复杂的破坏进程提供了新的视野。关键词：扫描型霍尔传感器显微镜;磁性图像;自发磁化;非破坏性评价;不锈钢;奥氏体相;应变诱发马氏体相变;疲劳进程。1.引言 社会保障和环境问题的调用要求更高水平的结构材料的可靠性和稳定性，如在铁和不锈钢在工业上对基础结构的支持。利用无损评估（NDE）来调查在结构材料下疲劳和/或应变进程下的破坏过程的技术已取得很大的努力。 近来在利用高灵敏度的磁传感器磁强计，如超导量子干涉仪（SQUID）和微霍尔传感器的研究进展由于其在常规技术如涡流，超声和x射线成像等上具有很多优点为磁性材料的无损检测提供新的并且有前途的技术。磁性成像技术是通过使用SQUID在经受应变处理的低碳钢内无损检测吕德斯频带。 使用载有面积为50微米乘以50微米的有源霍尔元件的扫描型霍尔传感器显微镜能用于磁性检测由于疲劳过程引起的低碳钢内的小裂纹（10毫米长和0.1毫米宽），使得SHM可以用作磁性材料的简单，经济和常规的无损检测工具。我们在这里使用该显微镜观察经受室温下应变或疲劳过程在304不锈钢表面的自发磁化的磁性图像，以及破坏进程对304不锈钢的图像的影响。2.实验2.1不锈钢板 商用304不锈钢为31公斤每平方毫米的屈服点和68/平方毫米的拉伸强度并被加工成3.8厚板。它们具有如下的化学组成，除了铁：铬，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）。如从图1中可以看出，两种类型被用于本研究的不锈钢板A和B具有不同的几何结构。前者在两侧均有有凹口，但后者并没有。 为了诱导在室温下的塑性变形，许多类型A和B的不锈钢板使用常规阿姆斯勒型试验机在约0.001/s沿着样品的长度的应变速率进行单轴应变。特别注意了机器周围环境以免在试验期间磁化样品。降低负载到零后，在应变状态下的钢板经受磁性测量作为应变以渐进方式的参数。反复进行测量直到观察样本以更高的水平并减少到负载为零。此外，一些钢板A的经受的拉伸疲劳试验使用常规的液压疲劳试验机并以28/平方毫米的应力振幅和29.2赫兹的频率，排除疲劳进程下的破坏性过程。磁性测量在渐进过程中作为使用循环应力通过停止机器并移开钢板的参数，直到在样本里出现微裂纹。2.2测量 使用在前提及过得载有有源面积为50m50m的霍尔传感器SHM测量不锈钢表面零外场自发磁化的磁性图像。该SHM装有使用步进电机和朝向所述传感器的样品保持器的可在X与Y方向移动的微型霍尔传感器。霍尔传感器（ARE-POC：HHP-VP）组成的外延GaAs膜用于测量垂直于样品表面的磁场。在10mA霍尔电流下灵敏度为3.39微伏/ G。霍尔电压通过采用纳米电压表测量。霍尔传感器在x与y方向以在两维栅格模式有限步骤被扫描（最小步长是0.05毫米），在样品表面上采用固定距离（0.5mm）扫描。从样品获得磁场的二维分布通过个人电脑完成从电压到磁场的转换。特别注意了零电压引起零点偏移漂移在整个测量运行期间的磁场。所扫描的区域是如图1所示的不锈钢板表面。图1：用毫米计量304不锈钢板的几何形状和尺寸并有（a）A型两端具有缺口和（b）B型无缺口两种型号。请注意，对于应力或牵拉疲劳的应用负载线被引导到在图中的水平方向上。也示于使用扫描型霍尔传感器显微镜的样品表面进行扫描的区域。3.结果与讨论 大量的304不锈钢板A和B的经受在室温下的应变或疲劳的过程中，与由于自发磁化磁性图像都是使用SHM测定于样品的表面上。在本节中，我们提出将钢板A和B经受应变处理的磁性图像展示出来，然后移动结果到钢板A进行的牵拉疲劳过程。3.1更改为在同一应变过程不锈钢板A和B磁性图像大多数钢板A在一个应变过程中的磁性图像表现出类似的变化。如从图2中可以看出，非接受应变钢板的图像的两端都显示出槽口的形状的清晰边界线。塑性应变的施加导致在加载后的图像显著变化并将其转换为具有两个峰的分布，并处在凹槽周边从受应力的样品负载线沿着一个有限角度的方向。尽管在图像中峰的位置没有变动的，在塑性应变增加时，图像中一定程度的大小数量变化变得十分重要。为了解释在应变状态下图像中的变化，值得一提的是，304不锈钢在室温下并经受一个塑性应变使其发生从顺磁性奥氏体相到铁磁马氏体相的转变，这被称为应变诱发马氏体相变。为了解决这个变换，维氏硬度Hv为5kg的负载水平的测试值是从钢板表面一处接一处地测量的。结果显示对于受应力钢板A的HV的分布和磁性图像如图2所示之间有很强的相关性。同时，在受11%应力下的钢板表现出了320360的最大的HV值并出现在了如图2（d）所示两个峰的周边。该相同的相关性也存在于磁导率的分布和受应力钢板A.表面的磁性图像。更有甚之，如图3所示，与无应变样品比较时，在受应力钢板A的凹槽附近有许多滑移线的微结构。所有这些事实表明，如图2所述磁性图像中的变化可以归因于该应变诱发马氏体相变。与以上面提到的结果相反，虽然与在非应变状态下的图像显示未有显著差异如图2（a），但是许多A型钢板（但不是特殊的号码）在应变过程中在磁性图像中表现出了不同和异常的变化。这样的例子示为受5.5的应力钢板图如图4（a）和为受0.7应力的钢板图如图4（b）。从图中可以看出，后者在两个凹口之间的图像显示出了附加的圆形图案，连同信号归因于上面提到的马氏体转变。另一方面，前者在图像中有进一步的异常并形成了圆形图案，掩蔽了凹槽周围相应槽口马氏体转化造成的信号。为了检查异常的源头，使钢板A接受由X射线衍射分析，并与能量色散X射线光谱仪的扫描电子显微镜进行常规冶金研究，并如图4所示。然而，结果显示，从图2中所示的钢板A中未显示任何差异，也不能成为钢板组成中组合物分布不均匀的任何证据。所有施加应变过程在图像中中解释异常起源的试验失败，并揭示了在应变过程的破坏性进程的复杂性，伴随应变诱发马氏体相变。相比较而言，值得一提的结果为钢板B，即使在由于样品几何形状使得在长度和宽度方向上都由塑性应变，其获得相对较多应力分布。图5显示出了在一个应变进程变化的图像。需要注意的是，为了检查再现性，我们采取了部分由于应变处理钢板B的磁性图像并从中得到几乎相同的结果。如从图5中可以看出，由于塑性应变的钢板B产生许多圆形图案，并随着应力增加而增多。虽然在钢板B的微观结构上有许多由于马氏体相变产生的滑线，在图像上这种转变的影响仍然没有解决。（a）（b)(c)(d)图2：自发磁化的不锈钢板中经受应变进程的表面磁性图像：（a）非应变; （b）2.5应变; （c）7.1应变; （d）11.0应变。注意，对于应变的载荷线平行于y轴。在该图中还写出对应于磁场中的高斯的近似值来引导读者。图3：不锈钢板凹槽附近的微结构，当它是：（a）非应变; （b）11.0应变。需要注意的是，该样品与图2所示是相同的。3.2.更改在牵拉疲劳进程不锈钢板A的磁性图像 图6显示出了在疲劳进程中渐进的变化所引起的不锈钢板A的磁性图像，进行拉疲劳试验在28千克/平方毫米和29.2赫兹的频率的应力的幅度。注意该样品在受到提升应力周期N为61300后凹槽顶部附近（即如图6（d）X12毫米和y12mm）显示的小裂纹（5mm长，0.1mm宽）。结果，在原始状态显示包括钢板中间的凹槽形状的清晰边界线。在图中，虽然应力幅度小于屈服点（=30公斤/平方毫米），A疲劳进程使得在图像中发生了变化。与应力过程相比（参照图2）相比，该图像在靠近槽顶部有一个单峰。增大N的值到61300增强了凹槽附近的图像的峰值（即杂散磁场强度），并最终导致小裂纹（5mm长，0.1mm宽）。需要注意的是，在其中产生裂纹的地方对应于该图像具有凹口邻近的单峰的地方。这一事实表明预见疲劳过程中应变局部化在钢板中产生微裂纹的可能性。此外，在在疲劳的进展（N=20000即低循环）的初始阶段在图像中x30毫米左右并沿y轴有强烈的曲线。即使当N=61,300时，小裂纹出现，这条线永不消失。注意到这样的线在如3.1部分提及下的应力过程中时不会出现的。因为一个牵拉疲劳试验是利低于屈服点的负载点，疲劳的进展本应没有宏观变形地影响微结构，并产生局部微应力。这可能引起马氏体转变上机制的一些差异，使得它会导致在破坏性的应变过程和疲劳进程之间在图像中的不同变化。图4：自发磁化对不锈钢板A经受应变处理的表面不同磁性的图像：（a）5.5应变; （b）0.7应变。需要注意的是，从图2（a）中所示的结果，无应变状态在图像中没有显著差异。在该图中还显示出对应于磁场中的高斯的近似值来引导读者。(a)(b)(c)图5：对不锈钢板B经受应变进展的表面自发磁化磁性图像：（a）无应变; （b）0.8应变; （c）13.8应变。注意，对于应变的载荷线平行于y轴。在该图中还示出对应于磁场中的高斯的近似值来引导读者。(a)(b)(c)(d)图6：自发磁化的不锈钢板中的受到的牵拉疲劳试验的表面磁性图像：（a）原始状态; （b）20,000个周期; （c）60000个周期，（d）61300个周期。注意，对于一个牵拉劳试验载荷线平行于y轴。在该图中还示出对应于磁场中的高斯的近似值来引导读者。4.总结我们成功通过磁性图像地观察到了在室温下由于自发磁化经受了应变或疲劳过程的