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作者与机构
该研究由J. Chai、Z. Shen、J. Zhong、B. Xu、Z. Zhang、X. Zhang和J. Shen共同完成，分别来自宁波劳动安全技术服务有限公司和宁波特种设备检验研究院。研究论文于2023年6月29日在线发表在《Experimental Techniques》期刊上，并于2024年正式出版（卷48，页码381-392）。

学术背景
该研究聚焦于铁磁材料（ferromagnetic materials）在塑性加工过程中产生的机械应力对其最终磁性能的影响。铁磁材料在制造过程中（如轧制、拉伸、挤压或冲压）会诱发多轴弹塑性变形和磁各向异性，从而导致应力集中、晶体滑移和磁畴重排。这些变化会影响材料的磁性能，尤其是磁巴克豪森噪声（Magnetic Barkhausen Noise, MBN）的发射特性。MBN技术作为一种无损检测方法，已被广泛应用于铁磁材料的应力测量和早期损伤评估。然而，尽管MBN技术在微观结构变化、残余应力和表面完整性评估方面取得了显著进展，其在弹塑性变形过程中的磁-力学耦合机制仍需进一步研究。该研究旨在通过原位MBN测量，探讨三种典型钢材（低碳钢、中碳钢和合金钢）在单轴拉伸过程中的应力-应变行为与MBN发射之间的磁-力学相关性，并验证MBN技术在弹塑性变形和断裂位置无损定量评估中的应用潜力。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 样品制备：研究选取了Q235低碳钢、0.45%C中碳钢和35CrMo合金钢作为实验材料。所有样品均沿钢管轧制方向切割，并通过热处理消除残余应力。样品表面经过抛光和研磨以降低粗糙度。
2. 实验装置：研究设计了一套用于原位MBN测量的实验装置，包括一个由300匝线圈绕制的U形磁轭，用于将铁磁样品激发至饱和水平。信号通过靠近样品表面的拾取线圈测量，并经过放大和滤波后转换为多种输出形式。实验在50 Hz的优化磁化频率和1∼400 kHz的带通滤波条件下进行。
3. 单轴拉伸实验：在MTS@万能试验机上进行准静态单轴拉伸实验，最大载荷为300 kN。实验中，通过精确的引伸计监测纵向应变，并以0.3 mm/min的加载速度逐步施加应力，直至样品断裂。在加载过程中，实时记录MBN信号。
4. 数据分析：通过移动平均法对原始MBN信号进行平滑处理，提取均方根（RMS）、峰值和平均值等特征参数，并结合应力-应变曲线分析MBN响应的变化规律。
5. 微观结构分析：使用TESCAN MIRA3扫描电子显微镜（SEM）对样品的断裂形貌进行观察，验证MBN测量结果与微观结构变化的一致性。

主要结果
1. 碳含量对MBN的影响：研究发现，MBN特征值与碳含量之间呈现二次函数关系。随着碳含量的增加，珠光体（pearlite）比例增加，碳化物沉淀物对磁畴壁运动的阻碍作用增强，导致MBN能量耗散增加。Q235低碳钢的MBN响应较低，而0.45%C中碳钢和35CrMo合金钢的MBN响应显著增强。
2. 弹性变形阶段的MBN响应：在弹性变形范围内，MBN响应随应变的增加而逐步增长，并在达到临界应力时达到饱和。这一现象与应力诱导的磁各向异性（stress-induced magnetic anisotropy）有关。Q235、0.45%C和35CrMo钢的临界应力分别为200 MPa、277 MPa和645 MPa。
3. 塑性变形阶段的MBN响应：进入塑性变形阶段后，MBN响应随塑性应变的增加而下降。这是由于位错缠结（dislocation tangles）对磁畴壁运动的阻碍作用增强。35CrMo合金钢对塑性应变的敏感性高于Q235和0.45%C钢。
4. 损伤表征：通过MBN映射技术，研究成功定位了样品的拉伸裂纹位置，并与SEM观察结果高度一致。裂纹附近的塑性变形带导致MBN响应显著降低，表明MBN技术可用于铁磁产品弹塑性变形和断裂位置的无损定量评估。

结论与意义
该研究通过原位MBN测量，系统探讨了三种钢材在弹塑性变形过程中的磁-力学行为，揭示了碳含量、应力-应变状态和微观结构对MBN响应的影响机制。研究结果表明，MBN技术能够有效评估铁磁材料的弹塑性变形和早期损伤，具有重要的科学价值和工程应用潜力。此外，研究为MBN技术在工业无损检测中的进一步优化和应用提供了理论支持。

研究亮点
1. 首次系统研究了碳含量对MBN响应的影响，并建立了MBN特征值与碳含量之间的二次函数关系。
2. 通过原位MBN测量，揭示了弹性变形和塑性变形阶段MBN响应的不同机制，为理解磁-力学耦合行为提供了新的视角。
3. 验证了MBN映射技术在裂纹定位和损伤评估中的应用潜力，为工业无损检测提供了新的技术手段。
4. 研究设计的实验装置和数据分析方法具有创新性，为MBN技术的进一步研究提供了参考。

其他有价值内容
研究还指出，MBN信号的检测不仅与材料微观结构和施加应力有关，还受到传感器类型和测量参数的显著影响。未来研究应进一步优化传感器配置，并通过有限元建模提高MBN信号的灵敏度、可重复性和准确性。