Z2CND18.12N奥氏体不锈钢低周疲劳损伤的EBSD分析

针对核电管道用Z2CND18.12N奥氏体不锈钢的低周疲劳损伤,研究电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)采集与后处理参数对局域取向差(local misorientation,ML)的影响,基于优选参数探讨特征取向晶粒的损伤规律。结果表明:测试步长、取向差平均范围(filter)及像素合并参数(binning)均影响ML测试结果,综合考虑晶粒尺寸、测试精度和效率等因素,优选确定binning 2×2,filter 11×11,测试步长为2μm或5μm。选取损伤程度不同的两个区域,〈111〉取向晶粒ΔM_(L)的峰值和平均值变化均高于〈101〉和〈001〉取向,〈101〉取向ΔM_(L)数值最小;同时,ML在小晶粒特别是晶界及交汇处数值较大。结合晶粒尺寸、晶界对变形分布的不均匀性进行了讨论。结果证实ML可以有效评价Z2CND18.12N钢的变形损伤,为发展基于多物理参量的材料以及结构损伤评价技术提供了参考和借鉴。

纯铁低周疲劳表面/亚表面损伤临界折射纵波评价

金属材料构件表面/亚表面损伤严重降低构件的表面完整性。针对早期力学损伤的评价难题,研究了基于临界折射纵波(critically refracted longitudinal wave,LCR)的无损评价方法。以纯铁低周疲劳损伤为对象,分析其循环应力-应变响应及组织形貌演变,建立了LCR波归一化幅值与疲劳加载周次的对应关系,并与常规超声脉冲回波法对比分析。结果表明:对于薄片状试样,LCR波在测试过程中的稳定性显著高于常规超声脉冲回波法,且前者归一化幅值与加载周次呈单调递减关系,后者归一化幅值和超声衰减系数与加载周次关系并不单调,证实LCR波适于工程构件表面/亚表面力学损伤无损评价。

基于临界折射纵波递归定量分析的纯铁疲劳损伤无损评价

利用超声检测技术无损评价金属材料的疲劳损伤程度,是保证高性能零部件承载性能和服役可靠性的重要手段。以工业纯铁低周疲劳损伤为研究对象,提出将临界折射纵波(critically refracted longitudinal,L_(CR))与递归定量分析相结合的无损评价方法。结果表明:拉-压加载过程中表现为循环硬化,随加载周次增加至1000周次,L_(CR)波幅值及对应归一化幅值差A_(dif)整体呈单调变化,5 MHz检测频率的灵敏度高于2.25 MHz。进一步对L_(CR)波进行递归定量分析,递归图随疲劳损伤发展变化明显,提取归一化递归度差RR_(dif)作为损伤指标,较时域、频域和时频域最大幅值等指标的灵敏度显著提升,增加幅度最大可达44%,为早期疲劳损伤的无损评价提供了新手段。

表面裂纹深度和取向的临界折射纵波检测

针对表面裂纹深度和取向的无损表征难题,提出一种基于临界折射纵波(L_(CR))的检测方法。以碳钢试块表面垂直裂纹(深度为1~8 mm)、倾斜裂纹(长度为10 mm,倾角为15°~90°)为检测对象进行试验,分析了裂纹深度、取向对L_(CR)波信号的影响规律,通过信号幅值和B扫描成像表征裂纹。试验结果表明,L_(CR)波在传播过程中会受到表面裂纹的遮挡作用,并在裂纹尖端产生衍射。随裂纹深度增加,遮挡作用增强,透射L_(CR)波幅值下降且到达时刻延后,对裂纹取向不敏感;B扫描图像中L_(CR)波及对应尖端衍射波的位置、方向与裂纹的深度、取向具有良好的一致性。该检测方法为表面裂纹的有效表征提供了新思路。

工业纯铁退火过程中的位错密度和磁性能

针对热轧工业纯铁退火过程的微观组织和磁性能,采用X射线衍射和磁滞分析法分别研究位错密度、最大磁导率、矫顽力和剩磁的演变规律。结果表明:退火前后工业纯铁的近等轴晶组织没有明显变化,晶粒度约为3.70级;随着650℃退火时间延长至5 h,位错密度从初始热轧态1.80×10^(14)m^(-2)逐渐降低至1.16×10^(14)m^(-2),降幅约35%,同时衍射峰在退火初期发生一定程度左移,并在后期明显右移,表明微观存在压应力及后续释放过程。随退火时间延长,最大磁导率整体呈上升趋势,矫顽力和剩磁存在突变点,磁滞回线形状较窄、变化不大,分析认为主要与位错密度、内应力和含碳量相关。退火处理可以改善工业纯铁的磁性能,进一步考虑成分进行一体化调控将提升工业纯铁磁性能并拓展其电磁应用空间。