高铬铸铁组织超声无损评价研究

论文摘要

含铬量在12﹪～28﹪之间的铸铁是目前高合金抗磨铸铁中应用最广泛的一种耐磨性优良的材料。高铬铸铁的优良抗磨能力和冲击韧性主要取决于其特有的组织。这种铸铁的碳化物主要为M7C3型，硬度很高，多数以条形形态存在。由于基体中富含铬元素，有较好的淬透性，经过适宜的热处理可获得抗磨性能优良的合金组织。高铬铸铁中碳化物的数量、性质、尺寸、分布状态以及基体组织性质都对其抗磨性能产生明显影响。本论文针对高铬铸铁的组织特点，将测得的声速的变化归因于碳化物的数量、性质、尺寸、分布状态以及基体组织性质的变化，利用超声的传播速度和衰减之间的关系，研究高铬铸铁的组织与超声声速和衰减之间的关系，以用来对高铬铸铁组织实现无损的超声表征，为抗磨铸件提供一种可监测的无损、全面的检测方法。本论文根据材料学和超声学的要求对试样的尺寸进行了计算和选择，之后通过工艺手段（硬化处理、淬火和回火）获得所需要的组织，再进行金相试验，最后利用超声声速法、频谱分析和能谱分析对试样的组织进行超声评价研究，建立高铬铸铁组织与超声信号的关系。试验结果表明：（1）冷却方式的不同，随着冷却速度的加快，高铬铸铁组织中的残余奥氏体量减少，马氏体增多。（2）在热处理过程中，随着淬火温度的升高，组织中的碳元素和铬元素的析出量不断的增多，多以二次碳化物的形成存在。随着温度的不断升高，二次碳化物不断的聚集、长大，当温度达到1000℃时，基体中析出的二次碳化物的颗粒最大，析出的量最多。当温度继续升高时，碳元素和铬元素又重新溶入基体中，二次碳化物的量减少，而二次碳化物的量又表征着残余奥氏体转变成马氏体的转变程度。（3）马氏体的力学性能就是硬度高，因此，组织中马氏体的含量高，则力学表现为硬度高。（4）由于马氏体是过饱和固溶体，分布在在空间很小的八面体的中心的碳原子会使晶体点阵发生严重的畸变，使得弹性模量变小，随之声速也变小。因此组织中的马氏体含量多的话，其声速就小。由实验结果可以看出，声速与硬度有很好的对应关系。（5）晶粒中的马氏体会打碎原来的晶粒，因此散射体的尺寸就会变小，则主频率也向高频移动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 材料组织评价方法
• 1.3 超声评价技术国内外研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 高铬铸铁组织的超声评价理论
• 2.1 高铬铸铁组织特性
• 2.1.1 高铬铸铁的组织形貌
• 2.1.2 定量金相分析参数
• 2.2 高铬铸铁的超声评价
• 2.2.1 超声波的基本特性
• 2.2.2 超声波动方程
• 2.2.3 超声波在介质中的衰减
• 2.2.4 超声波垂直入射到界面时的反射和透射
• 2.2.5 超声波倾斜入射到界面时反射和透射
• 2.3 固体中超声波的散射
• 2.3.1 超声波的散射
• 2.3.2 非均匀介质中超声波的散射
• 2.3.3 非均匀介质中超声波的散射理论
• 2.4 材料的超声表征
• 第3章 高铬铸铁的显微组织
• 3.1 试样的设计及制备
• 3.1.1 超声学对试样的尺寸的确定
• 3.1.2 试样加工制备
• 3.2 晶粒度大小测定
• 3.2.1 晶粒度的概念
• 3.2.2 晶粒度的量定
• 3.3 高铬铸铁组织的形成
• 3.3.1 高铬铸铁中的碳化物
• 3.3.2 高铬铸铁中的共晶组织
• 3.4 金相分析
• 3.4.1 金相试样的截取
• 3.4.2 金相试样的磨光与抛光
• 3.4.3 显微组织的显示
• 3.5 本章小结
• 第4章 高铬铸铁的声速测量
• 4.1 声速测量理论基础
• 4.2 声速测量实验
• 4.2.1 测量仪器
• 4.2.2 测试结果及分析
• 4.2.3 误差分析
• 4.3 硬度测量
• 4.4 讨论
• 4.5 能谱分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 高铬铸铁超声散射频谱特性分析
• 5.1 频谱分析原理
• 5.1.1 傅里叶变换
• 5.1.2 频域分析
• 5.2 频谱分析实验
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况
• 致谢