基于金属材料加工工艺的多晶组织演变超声表征研究

发布时间：2020-07-30 18:44

【摘要】：金属材料是目前应用较为普遍的功能结构材料,由加工工艺带来的多晶组织演变是影响金属材料性能的关键,及时准确表征多晶组织演变对评价金属材料性能至关重要。表征金属材料多晶组织最直观的方法是金相法,但金相法是一种破坏性检测方法,会对材料造成损伤。超声无损检测技术具有非破坏性的特点,能体现声波传播路径上多晶组织的整体效应,近年来正逐步得到重视。目前,使用超声法表征金属材料多晶组织主要集中于晶粒尺寸差异明显的等轴晶,然而受加工工艺的影响,实际金属材料多晶组织状态较为复杂,可能存在变形晶粒或晶粒尺寸变化微小。鉴于复杂多晶组织存在的普遍性及表征的重要性,本文选用两种典型金属材料,分别研究不同加工工艺下组织演变的超声表征方法。首先,针对晶粒尺寸差异明显且存在变形晶粒的高熵合金开展实验研究,基于超声法表征其在轧制与再结晶退火等热机处理过程中的组织演变;为进一步研究晶粒尺寸差异微小的复相组织超声表征方法,以奥氏体不锈钢为对象,通过实验与模拟的方法,研究其重复焊接热影响区组织演变对超声信号的影响。研究内容如下:(1)采用真空熔炼浇铸法制备Al_(0.26)CoCrFeNiMn高熵合金,对其进行均匀化退火、不同轧制比与不同温度的再结晶退火处理。通过金相法观察组织状态,统计平均晶粒尺寸,并采用5 MHz水浸平探头进行超声检测,结果显示,衰减系数随晶粒尺寸增加而增大,5 MHz对应的衰减系数与平均晶粒尺寸符合三次方关系,相关系数为0.995。实验结果表明,衰减系数可表征晶粒尺寸差异明显且存在部分变形晶粒的高熵合金再结晶晶粒组织演变。(2)针对晶粒尺寸差异微小的奥氏体不锈钢重复焊接热影响区组织演变,采用Gleeble热模拟方法扩大热影响区,制备重复焊接热模拟试样。实验采用金相法、显微硬度法与冲击功对热影响区进行组织分析与性能测试,并采用20 MHz水浸聚焦探头进行超声检测,结果发现衰减系数符合平均晶粒尺寸变化规律,并与显微硬度变化相反,衰减系数变化率为24.18%。(3)为分析Gleeble试样平均晶粒尺寸与?-铁素体对超声参量的影响,借助时域有限差分法模拟超声波在热影响区晶粒组织中的传播。模拟结果显示,当?-铁素体含量较少时,平均晶粒尺寸是影响超声信号的主要因素。综合实验与模拟结果,衰减系数可用于表征晶粒尺寸差异微小的重复焊接热影响区晶粒组织演变。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG111

【参考文献】