镀锡板的表面洛氏硬度值可以反映出其表面的调质度,这一特征对于镀锡板的加工和应用至关重要,因此,在大量的镀锡板检查过程中,对于它们表面洛氏硬度的测量是一个重要的环节。测量表面洛氏硬度的方法与普通洛氏硬度相似,但是施加的载荷会有所不同。HR 30T、HR 15T通过直径为Φ1.587 5 mm钢球作为压头,在初始试验力和主试验力组成的总载荷的作用下,将其压入试样表面,并在规定的时间内保持压力,然后卸除主试验力,在继续保持初始载荷的情况下,测量出由主试验力引起的压痕残余深度,从而计算出表面洛氏硬度值。

对德标DIN 50602-1985《特殊钢中非金属夹杂物的高倍金相检验》的评级图谱分类、夹杂物分类、评定方法进行解析,并与目前国内广泛使用的GB/T 10561—2023以及ASTM E45-2018a方法进行比较。DIN 50602-1985中的K法较GB/T 10561和ASTM E45因其评级图谱分类更多并以综合指数反映夹杂物整体的危害程度,能够更全面准确地反映出夹杂物水平,通过对于标准的解析有利于检验人员正确评级。

围绕增材制造缺陷评估进行了技术研究,分别从增材制造工艺原理、典型缺陷类型、缺陷检测和缺陷评估进展等几个方面进行了综合分析,重点分析了缺陷产生的原因以及当前主要的无损检测方法,梳理与总结了国内外主要的缺陷评估方法和研究现状,提出了当前增材制造缺陷评估技术存在的主要问题,可为增材制造缺陷的评估研究提供参考。

带状组织是材料内部缺陷之一,主要表现为金属材料中单相或多相组织呈条带状沿热变形方向大致平行交替排列。其对力学及使用性能影响较大,因此带状组织的评定在产品验收中相对比较重要。对于带状评级,国标、美标的方法有所不同,选用时对于带状评级的结果影响较大。本文通过对比不同带状组织评定标准的规定以及实例演示各标准的评级过程,对国内外的带状测试标准进行分析讨论。

采用静态挂片法、电化学阻抗谱、动电位极化曲线方法,主要研究了30 ℃和50 ℃两种典型环境温度下储罐材料Q235B碳钢在酸性环丁砜溶液中的腐蚀行为。结果表明:50 ℃时腐蚀速率快,约为30 ℃腐蚀速率的近3倍。通过电化学试验可知,Nyquist曲线显示在高频区出现不完整容抗弧,50 ℃时高频区容抗弧半径较小,由于温度高时环丁砜发生劣化的活化度更大,溶液内部离子受到阻力变小,腐蚀加剧,这与静态挂片法的结果一致。随着浸泡时间的延长,Q235B碳钢在酸性环丁砜溶液浸泡过程中产生的腐蚀产物未对基体起到保护作用,自腐蚀电位负移,极化电阻变小,耐蚀性逐渐降低。

随着计算机处理技术的发展,软件在测试分析中的应用已经变得普遍,相关的标准如API Q1、ISO/IEC 17025-2017也对软件确认提出了要求,因此如何评判测试软件的准确性和可靠性就显得尤为重要。本文以室温电子拉伸机为例,根据GB/T 228.1—2021附录C的控制点,对拉伸软件进行了确认。通过对数据采集分析软件的采样频率、屈服强度、抗拉强度、拉伸速率的自动计算进行了验证,并详细阐述了验证原理以及实施的方法和步骤。经过验证,软件自动采集的各项参数均符合标准要求,表明该验证方法具有可靠性。

为查找热轧精冲钢20MnB边部细线状缺陷的形成原因,提出有效的改善措施,在对热板缺陷微观组织分析的基础上,通过预制缺口+疲劳震动的方法形成显微裂纹,对带有显微裂纹的样品进行高温氧化模拟试验,研究裂纹附近组织氧化脱碳规律。结果表明,氧化圆点的深度与加热温度具有强相关性,是判断缺陷形成温度的主要依据;对比高温氧化模拟试验及热板缺陷的微观特征,认为热轧板边部缺陷在粗轧区域产生,其典型的微观特征是裂纹附近有深度小于5 μm氧化圆点区,金相组织有轻微晶粒长大及脱碳或没有。根据上述结论对粗轧区设备进行检查,发现立辊表面粗糙且有粘钢,是导致细线状缺陷的主要原因,为此调整了立辊的润滑工艺与使用周期,轧制油浓度由3‰提高至5‰,大大降低了该类缺陷的发生率。

超声相控阵全聚焦法(TFM)是一种利用相控阵探头和全聚焦成像技术相结合的无损检测方法,作为一种新型的无损检测技术,近年来受到了广泛关注。超声相控阵全聚焦法是基于全矩阵数据采集(FMC)技术对获取的检测数据来进行信号处理,与常规超声相控阵检测相比,全聚焦法具有更高的成像分辨率和更准确的缺陷定位。本文详细阐述了超声相控阵全聚焦技术原理、特点以及在实际缺陷检测中的作用,并利用标准试块对常规相控阵检测和全聚焦检测技术进行了对比检测试验分析,对于进一步认识并推广超声相控阵全聚焦检测技术具有一定意义。

原始奥氏体晶粒度的显示和控制对于调控不锈钢固溶处理过程中奥氏体化温度具有重要意义。金相试验中多用化学腐蚀方法显示碳钢和合金钢的奥氏体晶粒度,但由于化学腐蚀方法腐蚀不锈钢难度较高,使得不锈钢中原始奥氏体晶粒度的显示成为难题。据此,本文自制电解抛光设备,提出了一种采用复合型电解液进行电解腐蚀显示马氏体不锈钢和马氏体型沉淀硬化型不锈钢原始奥氏体晶粒度的方法。试验设备由直流电源、250 mL烧杯、420材质的不锈钢样品夹及304不锈钢钢板(阴极)组成,电解液主要由30%~50%(体积分数)去离子水和50%~70%(体积分数)硝酸、及少量磷酸和硫酸组成,阴极浸泡在电解液中的面积约2 000 mm²(正反面)。分别选择07Cr16Ni6钢和0Cr17Ni4Cu4Nb钢两种材料进行了电解腐蚀条件的优化。结果表明,控制电解电压为4.5 V,电解时间为15 s,采用100 mL水+100 mL硝酸+6 mL磷酸+3 mL硫酸电解液进行电解腐蚀,可以清晰显示07Cr16Ni6钢的原始奥氏体晶粒度;控制电解电压为0.5 V,电解时间为40 s,采用100 mL水+100 mL硝酸+8 mL磷酸+3 mL硫酸电解液进行电解腐蚀,可以清晰显示0Cr17Ni4Cu4Nb钢的原始奥氏体晶粒度。本文方法可为其他基体组织为马氏体的不锈钢的奥氏体晶粒度显示提供借鉴。

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。

通过对比线切割、冲切加工、激光切割这3种不同制样工艺所得加工面的试样组织,以及断后伸长率的稳定性,筛选出最适宜超高强钢的制样工艺。依据标准要求,分析了3种不同过渡弧半径对超高强钢断后伸长率检测稳定性的影响,以及3个不同速率转换点参数设置对其稳定性的作用。同时,对激光引伸计和机械式引伸计测量超高强钢断后伸长率的检测稳定性展开对比。基于上述研究,就实验室检测超高强钢断后伸长率提出建议:制样方法推荐采用激光切割;过渡弧半径选取 35 mm;速率转换点参数设置为 0.10 或 0.15 时,数据最为稳定;若采用自动测量超高强钢断后伸长率,激光引伸计相较于机械式引伸计,所获数据更具稳定性。

为优化铁素体轧制工艺参数,本文结合了膨胀法和金相法,测绘了SPHC3钢的中间坯从奥氏体到铁素体的动态过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)。进一步分析得出SPHC3钢在连续冷却过程中的相变规律,并确定了相变点。试验结果表明,变形条件不变,随着冷速提高,冷却时铁素体转变的开始温度(Ar₃)、冷却时奥氏体向珠光体转变的温度(Ar₁)降低,相变温度区间增大。通过不同变形温度、变形量和应变速率的热模拟实验,同时辅以杠杆法对膨胀曲线的进一步处理,研究不同工艺参数对奥氏体向铁素体转变的动态相变点的影响。试验结果表明,在其他变形条件不变时,变形温度升高,Ar₃、Ar₁降低;变形量升高,Ar₃、Ar₁升高;应变速率升高,Ar₃、Ar₁降低。实际生产中可通过降低变形温度,提高变形量,降低应变速率,降低冷速以提高相变温度,使精轧进入铁素体区。

机械制造车间在进行套筒零件加工时,发现多个钢管套筒零件表面存在延纵向的线性条纹缺陷,表面质量不合格。不合格套筒零件报废处理后,对缺陷处进行破坏分析,经过金相检测、扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析,最终定性缺陷为钢管拔制前管坯表面有微小的翘皮缺陷,在拔制过程中随变形方向纵向拉长,最终成为沿管材纵向分布的折叠缺陷。

本文分析了热镀锌镀层、热镀锌铁合金镀层、电镀锌层3种镀层对冷轧板拉伸性能的影响,采用0.5级拉伸试验机对不同镀层的IF级冷轧板进行拉伸性能测试,比对去除镀层前后的拉伸性能。结果表明:电镀锌去镀层前后拉伸性能无明显差异;热镀锌去镀层前后屈服强度、应变硬化指数(n值)、塑性应变比(r值)有差异;热镀锌铁合金去镀层前后的各项拉伸性能均有差异,r值差异最显著,达0.35。通过扫描电子显微镜(SEM)观测表面及断面,热镀锌铁合金镀层断裂时产生微小裂纹,对r值的测量影响显著。

某空调系统设备安装完成后的试运行有异响,运行约400 h无法继续运行,拆机后发现压缩机小齿轮轴的轴端部螺纹部位发生断裂。本文从化学成分、硬度、力学性能、显微组织、断面微观形貌等方面对断裂小齿轮轴进行了综合分析。实验结果表明,小齿轮轴的C含量超过了EN10084-2008标准规定的上限;硬度超过产品技术要求;断后伸长率和断面收缩率低于产品技术要求;存在合金元素偏析;调质过程中在螺纹根部产生裂纹。这些因素的共同存在导致小齿轮轴早期断裂。

为改善某型乘用车在工作过程中频繁发生的变速箱轴承剥落失效现象,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、光学显微镜(OM)等对42套剥落失效轴承进行了失效分析。结果表明:该型号轴承92.9%的剥落,电镜形貌无异常,产品元素分析、显微硬度、碳化物级别均符合标准GB/T 18254—2016或内控技术要求,产品主要失效原因与原材料及热处理质量无明显关联,但与产品设计和润滑环境有关,需要对变速箱受力方式与给油方式进行调整。根据失效件分析结果进行改善后,轴承失效件数量显著减少约60%。

某尾气回收压缩机在服役过程中发生故障,现场发现压缩机上缸体的12根连接螺栓均发生断裂,压缩机活塞杆发生断裂。为了确定失效原因,防止此类失效事件再次发生,试验对该活塞杆与螺栓的化学成分、力学性能、金相组织和断口形貌进行了分析,确定了断裂原因。结果表明,压缩机螺栓的失效模式为交变载荷超过材料疲劳极限时发生的疲劳开裂,螺纹表面存在超标的全脱碳层是导致螺栓发生早期开裂的主要原因。紧固螺栓发生断裂后,压缩机运行处于失稳状态,活塞杆受力异常发生过载断裂,属于后期损伤。

通过实验,采用金相显微镜分析了加热温度和加热时间对高温轴承钢M50钢材晶粒度的影响,并对实验结果进行了讨论分析。实验表明,当加热温度不高于1 100 ℃,加热温度和加热时间对M50钢材晶粒度影响均较小;当加热温度高于1 100 ℃,加热温度升高或加热时间延长,与晶粒尺寸大小呈现正比例关系,即升高加热温度或延长加热时间均会造成M50钢材晶粒长大。因此,在实际生产过程中,加热温度和加热时间的控制,对于晶粒度控制极为重要。

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。

高强度汽车结构用钢的研发与应用是推动汽车轻量化发展的关键技术之一,但在实际应用中发现700 MPa级汽车结构用钢板在剪切过程中出现截面开裂问题,严重影响材料的加工性能和使用安全性。针对该问题,本文采用X射线荧光光谱仪、拉伸试验机、金相显微镜、扫描电子显微镜及维氏硬度计等检测手段,系统研究了材料的化学成分、力学性能、微观组织、开裂断口形貌及显微硬度。结果表明:与剪切正常样板相比,开裂样板中Mn、Nb、V合金元素含量显著偏高,其中Mn元素偏析和材料中Mo元素的协同作用促使热轧过程中钢板心部形成硬脆的马氏体偏析带,造成截面组织和性能严重不均匀,是导致材料加工性能恶化的关键因素。在剪切应力作用下,马氏体偏析带与其他区域的性能差异引发应力集中使之成为微裂纹,并在后续加工过程中导致材料沿偏析带开裂。

高速重载轴承圈的淬火裂纹失效是制约机械装备服役可靠性的瓶颈问题,阐明其失效机制对优化热处理工艺和保障关键零部件性能至关重要。本研究以20CrMnTi钢制轴承圈淬火开裂为研究对象,通过宏微观断口表征、金相检测、化学检测等多种手段揭示了裂纹萌生与扩展的多尺度机制。实验结果表明:裂纹源于距表面2~3 mm位置,在原始裂纹中心存在直径81 μm的氧化铝夹杂物。后续在热处理过程中原始裂纹沿环向扩展,断口呈现沿晶+准解理混合脆性断裂特征,且扩展区无塑性变形痕迹,证实失效模式为由淬火应力主导的原始裂纹扩展。结合有限元多场耦合仿真进一步建立了温度场-相变场-应力场交互模型,定量揭示了裂纹尖端的I型应力强度因子(K_IC)的动态演化规律:当初始裂纹长度超过1.84 mm时,淬火拉应力使K_IC在淬火开始后14 s达到临界值(128 MPa·m^1/2),裂纹发生失稳扩展;此时裂尖区域温度、马氏体相变程度与实验观测结果一致。基于断裂力学判据与工程保守性原则,建议生产中对含内部裂纹(长度超过1.8 mm)的20CrMnTi工件规避淬火处理。

蒙特卡洛法(MCM)是利用对概率分布进行随机抽样而进行分布传播的方法。分别采用蒙特卡洛法和GUM法对GB/T 22315—2008《金属材料 弹性模量和泊松比试验方法》中悬丝耦合共振法(动态法)测定钛合金弹性模量的不确定度进行了评定。根据蒙特卡洛法的评定结果,单次试验结果可表达为(123.6±1.6) GPa,包含因子k＝2;根据GUM法的评定结果,单次试验结果可表达为(123.6±1.7) GPa,k＝2。两种方法所得结果、不确定度及置信区间上、下限的偏差分别为+0.0、－0.2、+0.2、－0.1 GPa,偏差均小于数值容差(0.5 GPa),两种评定方法结果一致。

某随钻适配头发生断裂后仪器间的供电与通讯中断,起钻后造成经济损失;通过断口宏观形貌分析、微观形貌分析、金相组织分析、化学成分分析、硬度检测来综合确定适配头断裂原因。分析结果表明:适配头为疲劳断裂,疲劳源位于螺纹根部退刀槽与螺纹倒角相接的长条凸台的锐边缺陷处,该处存在较大的局部应力集中,在钻井工作的交变载荷作用下萌生疲劳裂纹并快速扩展;同时固溶+时效处理下的铍青铜材料缺口敏感,晶界弱化,容易形成沿晶裂纹。

汽车稳定杆存在表面缺陷,能导致汽车性能降低、甚至发生平衡杆断裂事件,严重影响汽车行驶安全。某厂生产的55Cr3材质盘条,在汽车配件厂检测时,发现轧制的高线盘条表面存在一定深度的脱碳缺陷。盘条生产厂通过优化控轧、控冷工艺,降低钢坯在加热炉的加热温度,将均热段控制温度中线由原来的1 080 ℃降低到1 020 ℃;调整加热炉气氛,将空燃比由原来的0.75%调整为0.55%;降低盘条吐丝温度和风冷线辊道运行速度,将入口段速度由0.12 m/s提高到0.13 m/s,并实施不同比例的辊道速度级联递增,适当提高相变区的冷却速度,得到没有脱碳缺陷的盘条,满足了客户的产品性能要求。

材料的微观分析主要通过破坏的方式进行,如光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等,同时这些破坏手段仅仅针对表面的情况分析,无法反应整个体积内的情形,如何选取和加工分析面直接影响分析结果。普通超声波检测应用历史悠久,但用在材料及零部件毫米级缺陷检测方面,无法达到材料微观分析的要求。超声显微镜(SAM)是一款工作频率为普通超声100~1 000倍的高频超声,配合高精度扫查机构和专用软件的C扫描设备。X/Y轴方向分辨率达0.1 μm,Z轴上分辨率达5 μm精度,可实现微米级缺陷(或组织结构)分析;具备A、B、C、D、X、G、P、3D多种扫查模式,可实现缺陷三维定位、尺寸测量、面积占比分析,准确反映材料内部异常组织情况,可作为材料分析的前期定位筛选手段,也可直接用于材料分析。

利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等检测手段对某汽车用制动器衬片企业生产的新配方刹车片表层白色未知物的组成进行了鉴别分析。结果表明,汽车用制动器衬片表层发现的白色未知物成分为MgO。通过XRD图谱进行物相分析,配合SEM/EDS结果进行元素分析,最终确定白色未知物组成。未知物的检测分析为产品创新、生产工艺优化与改进、质量控制等提供及时有用的信息,在生产领域有着很强的实用价值。

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。

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。

现有高温接触角测量装置能够通过测量接触角获得其高温润湿行为,但现有装置仅配备了氧化铝/氧化镁等简单氧化物基片,无法实现复杂氧化物的高温行为研究,尤其是钢铁冶金领域氧化物聚并行为诱发的各类工艺问题。基于前期提出的高温熔体——复杂氧化物接触角测量方式,以Al-Si-Ca/Mg-O类复杂氧化物为例设计了一系列界面润湿特性试验,通过获取钢液——Al-Si-Ca/Mg-O类复杂氧化物接触角,进一步计算其聚并系数,评估其聚并行为,实现了设备功能的升级。结果表明,Al-Si-Ca-O类氧化物与钢液的接触角最小,基于此提出氧化物合并能力与钢液——氧化物界面性质的定量关系式,计算获得各氧化物的聚并系数,表现为:CaO·2Al₂O₃>Al₂O₃>MgO·Al₂O₃>2CaO·Al₂O₃·SiO₂>CaO·Al₂O₃·2SiO₂,即Al-Si-Ca/Mg-O类氧化物较难聚集。该方法可进一步推广到其他类氧化物聚并行为的研究,助力解决钢液冶金领域脱氧时氧化物夹杂的团聚、大尺寸夹杂物形成或聚并而导致的钢表面和内部缺陷等难题。

锂离子电池铝壳对内部封装的电池正极、负极、隔膜、电解液起着密封和保护作用,其缺陷会影响电池的安全性、密闭性、能源使用效率。本文以53148115型 003-H14铝合金壳体为对象,系统研究了壁厚、缺陷和腐蚀环境对拉伸、耐压及腐蚀性能的影响,结果表明,1.0 mm壁厚铝壳可满足锂离子电池的强度要求;缺陷位置对密封性能有重要影响,铝壳边角处的圆弧半径凹陷对爆破压力几乎无影响,而大面凹陷或破损则显著降低耐压强度;水和 5 g/L NaCl 溶液 24 h 内未造成晶体结构变化,但表面粗糙度随腐蚀时间增加而增大,NaOH溶液对铝壳有显著的表面腐蚀作用,50 g/L NaOH溶液腐蚀0.5 min出现新的物质,并伴随点蚀及粉化现象。

腐蚀试验室通常采用转子流量计控制气体恒定流量,在试验过程中通过观察H₂S鼓泡的方式确保H₂S溶液在整个试验过程中处于饱和状态。这种控制方式无法做到对H₂S流量的持续监控,可能发生试验失败。在数字化腐蚀试验系统中,采用数字式质量流量计替代转子流量计,可实现H₂S气体流量远程实时监控和数据溯源。依托数字化腐蚀试验系统进行多次腐蚀测试,将不同恒定流量的H₂S气体通入到不同体积反应溶液中,探索试验溶液中H₂S浓度与H₂S流量的对应关系,从而保证腐蚀试验的稳定开展。试验表明,抗氢致开裂(HIC)试验中,若反应容器小于25 L,通入H₂S恒定段流量应设置为不小于8.0 mL/min,以保证腐蚀试验的稳定开展。

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。

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。

某18CrNiMo7-6钢齿轮轴设计寿命为47.2个月,但在服役6个月后发生断裂。为了确定失效原因,防止此类失效事件再次发生,本文通过扫描电子显微镜(SEM)、金相分析、硬度测试、化学成分测试等手段对试件进行理化分析。结果表明,基体显微组织为回火索氏体,同时存在偏析马氏体组织。这两种组织在硬度上存在差异,并在材料中穿插分布。偏析区域由于硬度较高,更易于在服役过程中形成应力集中点,这造成齿轮轴在长期服役过程中裂纹萌生和扩展,最终导致齿轮轴的断裂。

冲击断口图像分析仪的测量分辨率受到光学镜头的限制,不能满足计量特性关于显示分辨率的要求。为了提高冲击断口图像的显示分辨率,本文进行了超分辨率断口图像分析,解决了冲击断口图像分辨率低的问题,将原分辨率由约0.03 mm,提高至约0.003 7 mm,满足了相关标准的要求。为了使冲击断口图像分析仪既能满足冲击断口形貌分析的要求,又能满足计量校准特性对于显示分辨率的要求,本文采用塔式分解放大增强的方法,将两种不同类型的冲击断口,在冲击断口图像分析仪上进行拍照,取得原始断口图像,之后对断口图像进行了8倍塔式分解放大处理。通过对算法的评价,得出放大后的断口图像与原始图像保持了良好的相似性和信息量,符合几何量的测量原则。最后进行了不确定度评定,给出了评定的结果。

某矿山机械用20CrNi2Mo重载齿轮使用约3个月后齿轮断裂,本文对其失效原因进行了分析,以揭示齿轮断裂的内在机制,为提高齿轮的可靠性和使用寿命提供理论依据。通过宏观检验、化学成分分析、金相检验、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析等手段分析了重载齿轮的失效形式。分析结果显示,失效齿轮在冶炼过程中引入了氧化物夹渣,在外界载荷的反复作用下,这些夹渣充当了疲劳源,为裂纹的萌生和扩展提供了有利条件,金相分析和SEM观察证实,疲劳裂纹从夹渣附近萌生,并在持续的载荷作用下不断扩展,最终导致齿轮发生疲劳断裂。针对这一问题,建议在冶炼工艺中采取优化熔炼、浇注和凝固条件,加强原材料控制等手段,尽可能减少氧化物夹渣的产生,从而提高齿轮的可靠性和使用寿命。

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%。

手动常规超声检测可能漏检失效风电齿轮箱行星齿轮中的非金属夹杂物缺陷。为降低因该缺陷引发的失效概率,开发了一种自动相控阵超声检测方法,专用于风电齿轮箱行星齿轮的缺陷检测,可代替常规手动超声检测。本文从设备设计与制造开始,探讨了对比试块与楔块的设计,检测前电子线性扫查工艺参数的设置,以及工艺验证方法。实验表明,使用自动相控阵超声检测设备,及配合使用设计好的楔块、探头、工艺参数,可成功检出风电齿轮箱行星齿轮的内部缺陷,说明本方法对风电齿轮箱行星轮内部缺陷的检测是有效、可靠的。

为确保使用过程中的综合力学性能,往往需要对锻钢轧辊为代表的大型锻件进行调质处理,由于其较高的合金成分,调质后各档辊颈会出现不同程度变形,因此需要进行校直处理,但冷轧辊吨位大、各档尺寸差异较大,校直过程中容易出现开裂失效现象。本文对冷轧辊用90SiCr6钢调质后校直开裂失效原因进行了探讨。试验表明,辊颈硬度为46~48HSD,与同材质辊坯正常调质后硬度相同;断裂处的化学成分符合90SiCr6钢辊坯的成分范围;断颈处测得的超声波(UT)波形并无明显异常,表明辊颈内部未存在某些细微裂纹、孔洞及夹杂物等缺陷。毛坯金相组织观察结果表明,原始辊坯的网状碳化物及液析均已超标;辊颈金相观察结果表明,组织内部存在严重的网状碳化物及聚集共晶碳化物。综合分析以上结果可知,内部严重网状碳化物及聚集共晶碳化物的存在是引发辊颈断裂的主要原因;当辊颈受到校直力作用时,轧辊发生塑性变形,位错堆积在网状碳化物及聚集共晶碳化物周围引发局部应力集中,进而诱发辊颈断裂。

在自动铺带过程中,铺覆适宜性对预浸料的铺放质量有重要影响,因此设计试验进行预浸料铺覆适宜性评价具有重要意义。本文针对预浸料铺覆性的定量表征方法——三点弯曲法进行研究,通过正交试验法探究预浸料铺覆性测试的最佳条件。三点弯曲试验以加载速率、试验跨距、夹具半径作为进口预浸料M91三点弯曲试验的影响因素,以最大弯曲力、试验离散系数作为评价指标,并综合运用极差分析和方差分析方法,确定最佳试验条件。试验结果表明,加载速率变化对预浸料M91的三点弯曲试验有显著影响,试验跨距及夹具半径的变化对试验结果未有显著影响。预浸料三点弯曲试验最佳试验条件为加载速率25 mm/min,试验跨距25 mm,夹具半径3 mm。