钢在热处理过程中经常会出现脱碳现象,使表层基体成分发生变化,这将直接改变材料表层基体的相变行为和组织形貌,进而影响其力学性能,特别是显微硬度。因此,明确热处理脱碳对中碳合金钢表层组织演变及显微硬度分布的影响规律至关重要。为此,本文研究了中碳合金钢(Fe-0.43C-1.90Si-2.83Mn-0.57Al-0.057Cu)在加热及奥氏体化过程中的脱碳行为。通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EMPA)等方法,并结合不同等温温度630~690 ℃+淬火条件的热处理工艺,讨论了脱碳对钢表层相变、组织和显微硬度的影响规律。结果表明,加热脱碳及等温处理会显著影响表层相变及组织形貌。等温温度为670 ℃及以上,外层组织主要为整齐排列的等轴状铁素体;等温温度为650 ℃及以下,脱碳层组织显示为柱状交错排列的铁素体和马氏体组织;在630 ℃等温相变且随后采用淬火工艺,可以得到珠光体基体组织,且珠光体与铁素体之间会形成马氏体。这与以往文献报道的铁素体单相或双相的脱碳层组织有很大区别,结合合金元素扩散与相变分析了夹层马氏体组织的形成机理,本文可以为中碳钢脱碳及热处理工艺提供依据。

铜与锡界面的连接质量直接影响电子器件的可靠性,二者在物理和化学性质方面存在显著差异,采用传统焊接方法难以形成稳定的接头。本文在建立铜/锡异种金属电磁脉冲焊接(EMPW)的飞板动力学模型的基础上,探究了不同垫片间距(20~40 mm)与不同碰撞速度(200~500 m/s)下的焊接碰撞过程和界面应力规律,为铜/锡EMPW工艺的优化提供了理论支持。飞板动力学模拟结果表明:增大垫片间距有助于缓解焊接区域的应力集中,当垫片间距从20 mm增至40 mm时,铜板焊接区域应力由171.43 MPa降至161.64 MPa,锡板焊接区域应力由37.26 MPa降至26.21 MPa;碰撞速度提升会显著加剧焊接区域应力,当碰撞速度从200 m/s提升至500 m/s,铜板焊接区域应力由122.56 MPa增至181.10 MPa,锡板焊接区域应力由33.91 MPa升至55.15 MPa。此外,采用扫描电子显微镜(SEM)对12~30 kJ放电能量的铜/锡焊接接头界面形貌进行微观结构表征,结果表明,随着放电能量的增加,接头界面由平直逐步发展为波状,最终形成钩状结构。

研究不同热处理工艺对GH4169合金组织性能的影响,对其在高温服役环境下的热处理工艺优化有重要意义。本文通过力学性能结合微观组织分析,系统考察了不同热处理工艺条件下GH4169合金的性能差异。结果表明:经(975±10) ℃保温1 h固溶处理,(720±10) ℃保温8 h,(50±10) ℃/s炉冷至(620±10) ℃保温8 h空冷时效处理(简称工艺1)后,GH4169合金试样的显微组织由奥氏体组织转变成奥氏体+碳化物;分别在工艺1基础上进行二次时效680 ℃保温500 h空冷和730 ℃保温500 h空冷(简称工艺2和3)处理,发现试样显微组织转变成奥氏体+δ相+碳化物;经过工艺1处理得到的GH4169合金试样综合力学性能最优,其室温及650 ℃拉伸强度、高温持久寿命和低周疲劳性能均优于工艺2和3;工艺3因730 ℃长期时效导致大量γ″相转变为粗大片状δ相,力学性能显著下降。

研究固溶热处理和时效老化对TP304H 奥氏体不锈钢碳化物析出的影响,对于掌握其性能变化规律、延长使用寿命等具有重要意义。将TP304H奥氏体不锈钢试样进行不同冷却条件的固溶热处理和不同时效老化时间的热处理,采用金相显微镜对试样进行观察,并根据ASTM A262-2015(2021)标准E法对试样进行晶间腐蚀试验,分析了不同冷却条件固溶热处理及不同时效老化时间下碳化物的析出形态、分布和成分变化规律。结果表明,直接水淬和空冷2 min后再水冷均获得了良好的金相组织;较慢的冷却方式均在晶界处发现了碳化物析出,甚至更慢的冷却速度还发现了有害相的存在,说明冷却方式和冷却度对TP304H奥氏体不锈钢碳化物析出有显著影响。时效老化时间愈长,碳化物析出和有害相愈严重,从而影响材料的微观组织和耐腐蚀性能,时效时间为1 h时晶间腐蚀E法试验不合格,表明试样耐腐蚀性能下降已较为显著。因此,TP304H奥氏体不锈钢在高温环境下服役时,必须考虑高温条件对材料组织结构和性能的影响。

铝及其合金因轻质、高强、耐蚀等特性广泛应用于航空、航天等领域,但其结构易产生局部腐蚀与疲劳开裂,导致表面及亚表面裂纹蔓延威胁安全。本文基于多频交流电磁场(ACFM)相位超前特征的缺陷检测技术,建立了相位超前特征的理论模型,结合COMSOL有限元仿真与实验验证,搭建了含隧道磁阻(TMR)传感器、锁相放大器及LabVIEW处理程序的检测系统,探讨了其对深度4～9 mm的6组表面裂纹和埋深1～6 mm的6组亚表面裂纹的精准分类与埋深量化。结果表明,表面裂纹沿z方向的磁场(Bz)信号始终呈“波谷-波峰”特征,亚表面裂纹在高频激励下Bz信号方向反转,利用该相位特征可有效区分两类裂纹;亚表面裂纹埋深附近存在由偏移频率引起的无波峰和波谷的过渡信号,其偏移频率与埋深满足线性关系,实测最大相对误差仅1.122%,验证了埋深评估的可靠性。该技术为铝结构隐蔽裂纹的高精度检测与量化提供了新方法。

高温合金环件为一种航空航天关键承力构件,残余应力是影响其加工变形与服役寿命的关键因素之一。轮廓法可完整测定其内部残余应力分布,为应力调控、变形改善及服役可靠性提升提供核心数据支撑。本文以高温合金环件为对象,采用轮廓法探究了其热处理前后残余应力的演化行为。针对轮廓法测试中接触式三坐标测量法(CMM)效率低的问题,研究了非接触式光学扫描法(NCOS)对高温合金环件轮廓法残余应力测试的影响。结果显示:初始态试样残余应力呈外拉内压分布形式,最大拉应力为658 MPa,最大压应力为247 MPa,应力梯度较大;热处理中残余应力分两阶段演化:升温阶段初始应力随材料强度降低逐步释放,冷却阶段因边芯冷却速率异差形成外压内拉分布,最大拉应力降至76 MPa,最大压应力为204 MPa,应力数值及梯度大幅降低。NCOS与CMM的应力分布形式一致,但NCOS测定值受应力梯度影响:应力梯度较大时测量值偏小,应力梯度较小时测定值偏大。本研究明确了该类构件残余应力演化规律,为热处理工艺优化提供依据,同时阐明NCOS适配高温合金环件残余应力测试,但需考虑NCOS数据平滑对测试结果的影响。

为保障紧固件孔的质量与使用安全,对其涡流检测信号的分析与研究受到广泛关注。本文考察了孔径间隙对旋转涡流检测信号的影响,以达成用较少探头实现对较大范围孔径紧固件孔检测的目的。以Ti-6Al-4V钛合金与4340钢为材质代表,采用标称直径为ø4.76 mm、ø6.35 mm和ø7.49 mm的刚性旋转涡流探头,分别对其紧固件孔人工刻槽进行涡流检测试验,并分析总结了孔径间隙对涡流检测信号的影响规律。结果表明,涡流阻抗幅值随着孔径间隙的增大而减小,这可能与提离效应有关。为了保证涡流检测信号的稳定性与可靠性,对于Ti-6Al-4V钛合金和4340钢而言,孔径间隙应控制在0.33 mm以内。

钛合金的相变点是其热处理与热加工工艺中的关键参数,精确地测定该值对确保材料性能和工艺稳定性具有重要意义。本文依据HB 6623.1—1992测试标准,以TA1钛合金为研究对象,采用同步热分析仪系统探讨了测试次数、试样质量、升温速率及坩埚类型等因素对差示扫描量热法测定钛合金相变点的影响。结果表明,随着测试次数的增加,相变点的测定结果呈现逐渐下降的趋势,并最终趋于稳定。试样质量及升温速率的增加均会导致相变点测定值明显升高。然而,坩埚类型对钛合金相变点的测定结果无显著影响。

为了研究15-5PH 不锈钢MJ螺纹的失效机制,通过搭建压力脉冲试验台,开展了收放作动筒压力脉冲试验。通过活塞杆化学成分分析、硬度检测、扫描电子显微镜(SEM)检验等手段分析了螺纹断裂的原因;使用Ansys及nCode联合仿真评估了MJ螺纹的疲劳寿命;引入缺口集中系数,提出基于缺口集中系数的MJ螺纹疲劳寿命预测方法。结果表明:试样的化学成分和硬度测定结果均符合标准中对15-5PH不锈钢的要求。活塞杆内螺纹牙底第2扣主应力和塑性应变最大且疲劳寿命最短,这与工程螺纹的失效分析结果一致。断口形貌观察表明,疲劳裂纹源萌生于活塞杆内螺纹处,裂纹沿着螺纹根部快速扩展;在裂纹扩展区能观察到疲劳辉纹、河流花样和二次裂纹等疲劳断口;在瞬断区观察到了大量的韧窝形貌。引入缺口集中系数能快速、准确地评估螺纹处的疲劳寿命,为作动筒MJ连接螺纹疲劳寿命预测提供一定工程参考。

针对电站锅炉后屏过热器管G102+TP347H异种钢焊接接头开裂问题,通过宏观观察、化学成分分析、显微组织分析、断口扫描电子显微镜(SEM)形貌及微区成分分析等,分析了焊接接头失效原因,为电站锅炉的安全稳定运行提供理论支持。结果表明,在高温高压工况及热应力作用下,管样异种钢焊接接头G102侧熔合线处因碳迁移形成了增碳层,使熔合线处力学性能出现异常并产生了沿晶微裂纹,最终导致G102侧熔合线处发生穿透性开裂。同时,热膨胀系数差异及热疲劳循环加剧了沿晶微裂纹的萌生与扩展。建议优化焊接工艺、减少现场焊接,并加强检验和检查。

预应力混凝土用(PC)钢棒加工过程中以及在管桩上的延迟断裂问题,会给其生产企业和用户带来损失,因此,预应力混凝土用钢棒的脆断分析与控制受到了广泛关注。通过对发生低应力脆断的预应力混凝土用30MnSi钢棒脆断样品进行宏观观察、金相组织、夹杂物及断口分析,明确了原始盘条表面存在的结疤缺陷为引起脆断的直接原因。更进一步地对结疤缺陷进行分析,认为铸坯表面裂纹缺陷遗传为导致钢棒脆断的根本原因。通过对冶炼和加工工艺的进一步优化,有效解决了预应力混凝土用钢棒的脆断问题。

金相微观组织对分析金属材料种类及性能具有重要意义。本文主要介绍了金相微观组织目标检测方式,图像分割技术在金相微观组织中的应用,以及目标检测算法的发展历程。详细分析了卷积神经网络(CNN)、基于区域的卷积神经网络(R-CNN)、快速的基于区域的卷积神经网络(Fast R-CNN)系列算法的演变及优缺点,几种典型YOLO系列算法的演变及优缺点,并讨论了R-CNN系列网络模型和几种典型YOLO系列网络模型的性能进行对比,R-CNN系列算法及YOLO系列算法针对金相微观组织图像的算法对比及改进模型研究,最后展望了目标检测技术在金相微观组织图像方向的发展。

本文对涡流法测定涂层厚度的国内相关实验室检测水平进行了客观地反映,帮助实验室识别日常检测中存在的问题。对参与涡流法测定涂层厚度的能力验证计划实验室结果进行了系统评价与技术分析。首先,采用z比分数统计方法对实验室提交的涡流法测定铝合金基体上的涂层厚度结果进行分析,评估其准确性,结果在22家参加的实验室中,获得满意结果的实验室有19家,出现问题结果的实验室有1家,不满意结果的实验室有2家。接着,探讨了影响实验结果的各类因素。通过实施本次能力验证计划,有助于实验室进一步完善内部质量控制,提高检测水平。同时,为实验室认证认可管理部门在该领域的监管提供了重要依据,促进了整个行业的技术进步与发展。

石英振梁加速度计(VBA)是航天领域的关键元件之一,其频率信号测量精度直接影响运动加速度的测量准确性。针对现有VBA多通道频率测试方法中存在的效率低、信号串扰严重等问题,本文提出一种基于树状结构的频率测试切换系统。该系统通过自锁继电器网络实现高密度电路板(PCB)分区共地与树状路径隔离,结合双盲法测试验证其性能。实验结果表明,由线性结构改为树状结构系统信号偏移量较原版降低75%(从41 μHz降至10 μHz),串扰抑制比提升15 dB,72通道测试效率提高3.2倍。本设计为多通道VBA测试提供了高效、低干扰的解决方案,具有实际工程应用价值。