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超声无损评价超超临界钢微观组织的研究

作　者: 周宏威
导　师: 李萍
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料无损检测与评价
关键词: 超声无损评价超超临界钢时效蠕变微观组织
分类号: TG142.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 38次
引　用: 1次
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内容摘要

Super304H钢和HR3C钢都是典型的超超临界锅炉过热器和再热器用钢。这两种钢长期服役于高温高压及交变载荷的恶劣环境中,这会引起材料组织结构变化从而影响材料的力学性能,这些将导致此类设备服役寿命降低。所以迫切需要材料工作者对其服役中的组织进行无损评价,进而保证设备安全运行、延长其使用寿命。运用无损方法对超超临界不锈钢进行研究,了解它们在服役过程中微观组织的转变过程,进而保证服役部件的良好的力学性能,逐渐成为材料学者的研究重点。本文运用超声水浸聚焦法获得不同时效时间的Super304H钢的时域波形。采用声速对Super304H钢不同时效时间的组织进行无损识别,同时结合金相显微镜、电子探针等手段进行组织差异的分析。研究发现,超声波纵波声速随着时效处理时间的增加而降低。经分析研究发现这些规律与微观组织的差异存在对应关系,因此应用超声参量对Super304H钢的时效组织进行识别是可行的。本文还应用声速法对Super304H钢的周向和轴向的微观组织进行评价,结果发现在两个方向上的声速无差别,这与在两个方向上的微观组织的一致性也是相对应的。本文用小波频带能量对HR3C钢在不同应力下的蠕变组织进行无损识别。首先采用超声水浸聚焦法获得不同蠕变应力下HR3C钢的底面回波信号,并对一次底面回波进行特征提取。研究发现：在3.91～7.81MHz的频率范围内,随着蠕变应力的提高,小波能量逐渐降低,从而可以有效地对HR3C钢不同蠕变应力下的组织进行识别；结合微观组织对这种现象进行分析,发现HR3C钢在750℃下,分别在70MPa、80MPa、90MPa的蠕变应力下保温500小时后的微观组织存在差异,即随着应力的增加,组织中大晶粒和析出物所占的比例逐渐增大,从而对超声波的散射衰减作用增强,也就表现为小波频带能量的降低。实验结果与理论分析相吻合。本研究还运用声速法测定了HR3C钢不同蠕变组织的弹性模量,研究发现随着蠕变应力的增加,弹性模量大体呈下降趋势,蠕变应力为90MPa处理后的样品的弹性模量较其它两种应力下降得的很明显,原因还需进一步分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 超超临界钢简介  9-11
  1.2 超超临界钢Super304H和HR3C概述  11-13
    1.2.1 Super304H钢概述  11-12
    1.2.2 HR3C钢概述  12-13
  1.3 材料无损评价概述  13-14
  1.4 超声无损评价概述  14
  1.5 课题的引入  14-17
    1.5.1 课题的研究意义及研究现状  14-15
    1.5.2 研究内容  15-16
    1.5.3 技术路线  16-17
2 研究的理论基础  17-31
  2.1 超声波的反射和折射  17-18
  2.2 超声波在固体介质中的声速  18-19
  2.3 超声波的能量损失  19-20
  2.4 超声波在弹性固体介质中的散射  20-22
    2.4.1 声散射概述  20
    2.4.2 单一刚性球状散射体的散射  20-22
  2.5 小波频带能量  22-26
    2.5.1 小波的理论分析  22-23
    2.5.2 小波频带能量的提取方法  23-26
  2.6 声速法测弹性模量的原理  26-31
    2.6.1 声速法计算弹性常数的原理  26-28
    2.6.2 横波声速的测量原理  28-31
3 实验过程  31-39
  3.1 样品制备  31-32
    3.1.1 Super304H钢的样品制备  31
    3.1.2 HR3C钢的样品制备  31-32
  3.2 超声实验  32-36
    3.2.1 超声水浸聚焦法  32
    3.2.2 实验装置  32-36
  3.3 密度的测量  36-37
  3.4 Super304H钢的微结构分析及组织结构单元特征分析  37-38
    3.4.1 Super304H钢的微观组织分析方法  37
    3.4.2 组织结构单元特征测量  37-38
  3.5 HR3C钢的微观组织分析及组织结构单元特征分析  38-39
    3.5.1 HR3C钢的微观组织分析方法  38
    3.5.2 组织结构单元特征测量  38-39
4 结果与分析  39-51
  4.1 Super304H钢的微观组织  39-43
    4.1.1 金相组织分析  39-40
    4.1.2 XRD物相分析  40
    4.1.3 电子探针分析  40-42
    4.1.4 析出相的数量统计  42-43
  4.2 Super304H钢的超声测试结果  43-46
    4.2.1 声速规律及分析  43-44
    4.2.2 Super304H钢周向和轴向上的声速规律  44-46
  4.3 HR3C钢的微观组织分析  46-48
    4.3.1 金相组织分析  46-47
    4.3.2 晶粒大小统计  47-48
  4.4 HR3C钢超声测试结果及分析  48-50
    4.4.1 小波频带能量的规律及分析  48-49
    4.4.2 弹性模量的规律及分析  49-50
  4.5 误差分析  50-51
结论  51-52
参考文献  52-55
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  55-56
致谢  56-57

超声无损评价超超临界钢微观组织的研究

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