論塑性變形及疲勞損傷對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響

李培娟

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450016）

304 奧氏不銹鋼本身可以發(fā)揮耐腐蝕性、加工性、耐熱性以及機(jī)械性優(yōu)勢(shì)作用，因此被廣泛運(yùn)用到承壓類特種設(shè)備中。針對(duì)304 奧氏體不銹鋼經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械損傷、疲勞損傷等問題，應(yīng)該對(duì)腐蝕裂紋、減薄等作出有關(guān)研究，對(duì)于微觀損傷問題，應(yīng)該對(duì)其塑性變形與材料塑性的關(guān)系進(jìn)行研究。但是針對(duì)疲勞損傷對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響，相關(guān)文獻(xiàn)研究較少?；诖朔N背景下，此文將進(jìn)一步分析304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，分別分析塑性變形、疲勞損傷以及符合作用對(duì)其產(chǎn)生的影響，以促進(jìn)我國(guó)特種設(shè)備安全長(zhǎng)效地發(fā)展。

1 構(gòu)建樣品制備與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 塑性變形與疲勞試樣制備

此次研究304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，將借助MTS 雙軸試驗(yàn)機(jī)設(shè)備制作塑性變形與不同疲勞損傷的試樣。其中塑性變形試樣變量以0%、2%、5%、7%以及10%為主，拉伸變形速率控制在每分鐘0.2mm。疲勞循環(huán)次數(shù)以0 次、4 萬次、10 萬次以及20 萬次為主，疲勞荷載即正弦疲勞循環(huán)，應(yīng)力比值為0，最大載荷量10kN。

1.2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

利用四端子直流電位方法，對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，借助極軟磁磁滯回線儀器設(shè)備測(cè)量材料特性受塑性變形與疲勞損傷的影響。

四端子直流電位方法實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要分為恒流源、納伏表、掃描臺(tái)以及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)等。四端子直流電位方法可以從1號(hào)、4 號(hào)探針通入恒定電流，再?gòu)? 號(hào)、3 號(hào)探針測(cè)量304奧氏體不銹鋼電壓，根據(jù)納伏表讀出，結(jié)合公式，得出材料電導(dǎo)率。其中σ 代表電阻率，I 代表電流，l 代表探針2、3 的距離，U 代表探針2、3 的電壓，W 代表寬度，h 代表厚度。

磁性測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，型號(hào)以AFM-20K-PFMM 為標(biāo)準(zhǔn)。此次研究借助極軟磁磁滯回線測(cè)量系統(tǒng)，得出304 奧氏體不銹鋼的磁性特性，即相對(duì)磁導(dǎo)率為μr、磁極化強(qiáng)度J 與磁場(chǎng)H 的聯(lián)系。此次試驗(yàn)中，磁通量量程以5μWb 為標(biāo)準(zhǔn)，最大此次為每米50000 安，最大電流為15.57 安，電壓遞增間隔為0.5 伏，延遲時(shí)間控制在0.5 秒。

2 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形的影響

在上述理論基礎(chǔ)上，得出304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形的影響結(jié)果，通過觀察結(jié)果可知，304 奧氏體不銹鋼塑性變形的提升，材料電導(dǎo)率減少而使電導(dǎo)率升高。在特定磁場(chǎng)環(huán)境背景下，試樣相對(duì)磁導(dǎo)率會(huì)根據(jù)塑性變形的升高而增加，磁性明顯增強(qiáng)。

塑性變形狀況下，304 奧氏體不銹鋼電導(dǎo)率降低，其根本原因與材料晶體內(nèi)位錯(cuò)、滑移等存在關(guān)聯(lián)。根據(jù)相關(guān)研究證明，塑性變形會(huì)使304 奧氏體不銹鋼電磁特性有所提升，是因其出現(xiàn)馬氏體相變。因此，進(jìn)一步研究塑性變形與材料磁特性的聯(lián)系，利用探針顯微鏡設(shè)備，對(duì)不同塑性變形展開原子力顯微鏡與磁力顯微鏡掃描。應(yīng)該將塑性變形件切成10×12mm 的小片，通過砂紙的打磨，使面保持光面，同時(shí)利用砂輪打磨成鏡面；借助三氧化鉻（濃度10%）電解液電解鏡面試樣，電解電流控制在0.12A，時(shí)間則為12 ～15 分鐘，直到金相顯微鏡下可以清晰地看到晶粒晶界。

對(duì)結(jié)果進(jìn)一步分析，塑性變形對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響主要是由于出現(xiàn)馬氏體相變。材料內(nèi)部沒有磁性的奧氏體相轉(zhuǎn)變成為存在磁性的馬氏體相，增強(qiáng)材料磁性與磁導(dǎo)率；304 奧氏體不銹鋼塑性變形使馬氏體相變多出現(xiàn)在材料晶界處部位，會(huì)受塑性變形量的提升，使馬氏體相逐漸增加。通過觀察可知，在無塑性變形的試件中，馬氏體相依然存在，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是由于原始304 奧氏體不銹鋼中存在少量的鐵磁相關(guān)。

3 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受疲勞損傷的影響

為了深入探究304 奧氏體不銹鋼電磁特性受疲勞損傷的影響，可以得出影響結(jié)果與塑性變形相類似，疲勞損傷會(huì)使304 奧氏體不銹鋼的電導(dǎo)率降低，促進(jìn)磁導(dǎo)率的提升。另外，在磁性測(cè)量試驗(yàn)中得出，材料磁特性在疲勞損傷初期階段磁導(dǎo)率處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但是通過一段時(shí)間后，可以達(dá)到平穩(wěn)水平。

4 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受復(fù)合作用的影響

對(duì)于不同塑性變形試樣增加不同疲勞損傷，304 奧氏體不銹鋼受疲勞損傷后，電導(dǎo)率相對(duì)僅有塑性變形試樣變化更加顯著，電導(dǎo)率有所降低。另外，塑性變形試樣增加疲勞損傷后，試樣電磁率明顯提升；另外，相同的塑性變形試樣會(huì)在疲勞10 萬次與20 萬次后材料磁導(dǎo)率無明顯變化，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是與疲勞載荷的載荷大小、循環(huán)次數(shù)存在關(guān)系。

相比最初試樣，在塑性變形的情況下，10%變形試樣電導(dǎo)率會(huì)降低2.409%，磁導(dǎo)率增高至7.567%；而在疲勞損傷的情況下，疲勞20 萬次試樣電導(dǎo)率會(huì)降低1.798%，磁導(dǎo)率升高至3.257%；在復(fù)合作用下，塑性變形10%與20 萬次疲勞試樣電導(dǎo)率降低4.214%，磁導(dǎo)率升高至10.257%。

5 結(jié)論

本文對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響展開探究，結(jié)果證明：其一，塑性變形會(huì)導(dǎo)致304奧氏體不銹鋼材料電導(dǎo)率降低，磁導(dǎo)率提升。其中電導(dǎo)率降低的原因與材料晶體內(nèi)出現(xiàn)位錯(cuò)、滑移有一定關(guān)聯(lián)；磁導(dǎo)率提升的主要原因是塑性變形會(huì)使304 奧氏體不銹鋼部分沒有磁性的奧氏體相轉(zhuǎn)化成為有磁性的馬氏體相。其二，疲勞損傷會(huì)使304 奧氏體不銹鋼的電導(dǎo)率有所降低，磁特性明顯升高。其三，304 奧氏體不銹鋼在塑性變形與疲勞損傷復(fù)合作用下，會(huì)使電導(dǎo)率明顯下降，磁特性有所提升。

6 結(jié)語

綜上所述，此次研究表明，塑性變形與疲勞損傷容易對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性產(chǎn)生一系列影響，為了降低影響效率，應(yīng)該對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性做出精準(zhǔn)的無損評(píng)價(jià)，進(jìn)而從多個(gè)方面加以控制與注重，才能減少塑性變形與疲勞損傷等微觀損傷所對(duì)304 奧氏體不銹鋼造成的不利影響，提高承壓類特種設(shè)備的使用周期，確保設(shè)備結(jié)構(gòu)安全，為設(shè)備安全長(zhǎng)效發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。因此，通過研究塑性變形與疲勞損傷容易對(duì)304 奧氏體不銹鋼電磁特性產(chǎn)生的影響，進(jìn)一步明確三者之間的關(guān)系，掌握其影響原因，便于從根源處找到解決方法，減少微觀損傷的出現(xiàn)，切實(shí)保障承壓類特種設(shè)備安全、高效的運(yùn)行。