为优化热加工工艺参数提供数值化解决方案,突破传统试错法在高温塑性成形质量控制中的效率瓶颈,本文利用热模拟实验机对316L奥氏体钢进行不同应变速率下的热模拟压缩试验,通过纳米压痕测试研究不同变形条件下晶粒的局部力学响应,采用DEFORM有限元仿真软件对热变形再结晶过程进行分析;采用一种非线性映射能力的遗传算法(GA)反向传播(BP)人工神经网络(ANN),对奥氏体钢的力学性能进行预测。结果表明:在316L奥氏体钢热压缩变形过程中,动态再结晶作为组织演变的主导机制,其进程受应变速率影响显著。试验表明,高应变速率通过加速位错增殖与能量累积,有效促进再结晶形核及晶粒重构。数值模拟研究进一步揭示,随着形变量提升,材料动态再结晶体积分数呈正向增长并伴随显著晶粒细化效应。针对该材料高温流变行为预测,研究提出基于遗传算法优化的混合智能算法模型,通过改进BP神经网络初始参数敏感性,显著提升了应力预测的精度稳定性,为复杂热加工过程的数值模拟提供了可靠的计算方法。

疲劳寿命是起重机安全评估的重要指标之一,而平均应力的存在是起重机主梁Q345钢多轴疲劳失效的重要考察因素之一。对冶金起重机主梁主要材质Q345钢开展单轴拉压及纯扭转疲劳试验,得到材料的拉压应力(S)-疲劳寿命(N)曲线及扭转应力S-N曲线,根据试验结果选取一个合适的应力作为多轴疲劳加载的等效应力,在该等效应力下进行不同拉伸平均应力的多轴疲劳试验。对不同拉伸平均应力下的最大正应力、最大切应力的变化及其所在平面方向进行理论推导,利用光学显微镜对疲劳试件表面的裂纹萌生与扩展进行观察,采用扫描电子显微镜(SEM)对试件断口微观形貌特征进行分析,研究Q345钢在不同拉伸平均应力下的失效形式。研究表明:Q345钢多轴疲劳寿命在拉伸平均应力的影响下会明显降低,随着拉伸平均应力的增大,切应力在疲劳失效的过程中逐渐占据主导地位。

草状波问题是锻钢冷轧辊辊坯常见的一种表面波缺陷,该缺陷若按传统的调质+表面淬火工艺正常生产,无法有效消除轧辊成品表面波缺陷问题。本文通过正火、球化退火等锻后热处理工艺以降低或者消除70Cr5Mo钢辊坯产品超声波检测时存在的草状波缺陷。结果表明,采用正火加等温球化退火相结合的预处理工艺,可以得到均匀细小的球化珠光体组织,有效改善70Cr5Mo钢的组织状态,从而达到降低或消除草状波的目的。建议的工艺如下所示:正火(于1 070 ℃保温一定时间后空冷)→等温球化(于970 ℃保温)→快冷至770 ℃保温一定时间→炉冷至500 ℃出炉空冷。

ASTM A 370-2022对冲击试样表面去除量进行了规定,与ASME B31.3-2022中缺口试样沿缺口宽度不足材料厚度的80%时需要考虑过冷度相矛盾。基于此,本文对薄壁奥氏体不锈钢无缝管冲击试样的取样方法进行了讨论。分别在原始状态(固溶态)和压平状态下对奥氏体不锈钢无缝管试样进行冲击试验对比,结果发现压平状态的冲击吸收功明显大于原始状态;分别在同一压平状态试样的端部、1/4(宽度)W处和1/2 W处3个不同位置进行硬度对比试验,结果表明,试样1/4 W处的硬度最低;分别对原始状态和压平状态下试样的铁素体数进行测定,结果表明,压平状态的铁素体数明显高于原始状态;于试样1/4 W处,分别在室温和－196 ℃条件下进行了压平状态和原始状态试样的硬度试验,结果表明,压平状态试样于室温和-196 ℃条件下硬度值均大于原始状态,分析认为压平过程中的应变硬化在－196 ℃条件下占主导作用,是出现上述现象的主要原因。对于薄壁奥氏体不锈钢无缝管,不考虑ASTM A370标准中规定的表面去除量,直接在原始状态取样得到的冲击试验结果更具有代表性,同时也可以解决ASME B31.3-2022中对过冷度的要求。

为研究和补充应力腐蚀判据,通过采用轴向试样断口宏观观察、金相组织检测、断口扫描观察、坯料显微组织验证等方法对2026-T3511铝合金型材横向方向的轴向拉伸应力腐蚀试验进行综合分析,发现轴向拉伸试样即使断在标距外也属于应力腐蚀失效。通过高向C环应力腐蚀试验发现,在进行轴向拉伸应力腐蚀时,如果材料存在垂直于试样轴方向的穿晶断裂,以及平行于试样轴向的二次裂纹,即沿晶裂纹,也可以作为应力腐蚀失效的判据。为验证试样长度、暴露长度及加工参数对试验结果产生的影响,采用控制变量法进行试验。结果表明,试样长度和暴露长度越大,精车速度越小,对应力腐蚀的影响越小;在标准规程内粗车进刀量引起的表面残余应力可以被忽略。

碳化硼陶瓷作为抗弹材料,为保证其防护性能,需要通过无损检测手段严把质量关。常用X射线法进行内部质量检测,但在进行X射线数字成像(DR)检测时,其曝光条件的确定缺乏相应的依据。采用等效系数法在相同的透照管电压下对碳化硼抗弹陶瓷阶梯试块及6063铝合金阶梯试块进行X射线数字成像,为其曝光条件的确定提供依据。结果表明:透照管电压为45～70 kV时,碳化硼抗弹陶瓷与6063铝合金的等效系数为0.71～0.86。该试验结果对碳化硼抗弹陶瓷X射线DR检测技术条件的确定具有一定的指导意义。

开发核电燃料二氧化钍芯块金相样品的制备方法对其显微组织观察及其性能研究具有重要意义。本文主要考察了H₂SO₄、HCl-H₂O、H₂SO₄-HNO₃-HCl-H₂O、H₂SO₄-HCl-H₂O和H₃PO₄这5种化学腐蚀液对制备二氧化钍芯块金相样品的影响,优化了化学腐蚀方法,并讨论了选用不同成型压力条件对金相样品微观孔洞、裂纹和晶粒度的影响。结果表明,仅采用H₂SO₄-HCl-H₂O和H₃PO₄这两种化学腐蚀液制备样品后出现了清晰的晶粒边界,因考虑H₃PO₄刺激性气味相对弱,最终选用H₃PO₄腐蚀制备二氧化钍芯块金相样品。试验表明,在相同的成型压力下,比表面高的原始粉末由于具有更优的烧结驱动力和烧结活性,更有助于二氧化钍芯块样品中孔洞、裂纹的减少和晶粒的长大。

热轧带钢表面的边部翘皮缺陷是制约其表面质量提升的一大瓶颈问题。针对热轧带钢边部出现的翘皮缺陷,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对缺陷处显微组织、化学成分进行分析,并在首钢迁钢2 250 mm热连轧产线进行了生产数据统计和火焰清理预制缺陷板坯的轧制实验,阐明了带钢边部翘皮缺陷的产生原因及演化过程。结果表明:铸坯火焰清理质量不良导致的熔渣交汇棱积聚和残留,经热轧加热炉加热和除鳞机除鳞后无法完全清除,残余的熔渣交汇棱氧化物经过粗轧和精轧后部分压入带钢基体内部,部分裸漏在带钢表面,最终形成内含大量最大厚度达150 μm氧化圆点的边部翘皮缺陷。开展铸坯火焰清理端部交汇棱对热卷边部质量影响的工业实验,随后进行工艺优化并持续跟踪生产数据,结果表明,提高火焰清理质量以减少交汇棱的产生,或采用窄面不清理工艺,可使边部翘皮缺陷的发生率降低87%。

某工厂采用25Mn热轧无缝钢管制造液压缸用冷拔钢管。在矫直工序中,多支钢管出现横向断裂,极大的影响了生产组织,并造成了较大损失。通过现场调查和取样,并对断裂的钢管和同批次的热轧钢管进行了化学成分、机械性能、金相组织、扫描电子显微镜(SEM)断口分析等理化测试,分析了25Mn钢管在冷拔后、矫直过程中产生横向断裂的原因。通过试验确认:钢管在矫直中横向断裂的一级失效模式是由于冷拔过程中润滑不良导致的钢管内壁的损伤。二级失效模式为冷拔前的磷化-皂化处理质量不佳,膜厚度不足且不均匀,导致润滑不良。三级失效模式为磷化-皂化工艺过程失控,工艺控制失控主要有两个方面原因,一是磷化温度和时间控制随意性大,二是过钢量大槽液污染程度较高。

本文利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对断裂的45钢电机轴断口进行了宏观观察和微观分析,结合其化学成分、硬度检测结果、低倍组织形貌,综合分析了其断裂原因。结果表明:电机轴的化学成分满足国标GB/T 699—2015中45钢的成分要求,从硬度检测结果和低倍组织形貌分析可知,电机轴部分位置做了调质处理;短时间内断裂是由于电机轴材料内部颗粒状非金属夹杂物和孔洞较多,其中断口靠近边部有一个直径约3.4 mm凹坑,在电机运转过程中造成应力集中,形成裂纹源,并向边部扩展产生裂纹;由于材料内部夹杂物和孔洞较多,整体疏松,使裂纹扩展较快,导致电机轴短时间内断裂。

某设备用铸造锡青铜减压阀(QSn4-4-2.5)在使用一段时间后发生穿孔泄漏的失效现象。利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对减压阀泄漏原因进行分析。结果表明:失效减压阀材料的化学成分符合相关标准的技术要求,金相组织未发现明显的异常。减压阀穿孔泄漏是由于阀体内部发生局部腐蚀导致的,海水的冲刷腐蚀是造成局部腐蚀泄漏的主要原因,而材料中较多显微疏松的存在一定程度上会加速腐蚀的产生和扩展。