【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬檢測分析，涉及建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法。
技術介紹
1、大部分金屬使用要求都必須具有相當優良的抗疲勞性能及疲勞壽命，但內部的夾雜物經常會成為疲勞裂紋起源，導致金屬在使用過程中產生疲勞斷裂。不同控制工藝生產的金屬中夾雜物種類不同，基本可以分為低熔點塑性夾雜物和高熔點硬性夾雜物兩種。國內外研究表明，夾雜物與金屬基體的熱膨脹、凝固收縮系數及硬度均不同，導致金屬在加熱及冷卻或在壓制過程中會在夾雜物周圍形成空隙，而且夾雜物與金屬基體之間形成的空隙對其疲勞性能的不利影響同夾雜物相當。但傳統金相夾雜物檢測方法無法檢測出夾雜物周圍形成的空隙，且國內外針對夾雜物建立的金屬疲勞壽命模型也未考慮空隙的影響，另外，不同類型夾雜物在金屬中最終實際形狀也不同，前人并未直接將夾雜物的實際寬度或直徑與疲勞壽命建立關系。但是，這類模型的建立對金屬生產過程冶煉工藝的選擇及夾雜物的控制具有更加直接且明確的指導意義。模型的建立還可使得通過傳統金相夾雜物檢測方法得到的夾雜物實際寬度或直徑即能來準確預測金屬旋轉彎曲疲勞壽命。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是：提供一種建立含夾雜物的金屬旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，將一直以來被傳統金相夾雜物檢測方法所忽略的夾雜物周圍形成的對金屬疲勞性能同樣不利的空隙納入考慮，建立與夾雜物實際寬度或直徑直接相關的疲勞壽命模型，使得通過傳統金相夾雜物檢測方法得到的夾雜物實際寬度或直徑即能來準確預測金屬旋轉彎曲疲勞壽命，意在為金屬生產過程冶煉工藝的選
2、本專利技術的技術方案是：
3、提供建立含夾雜物的金屬旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，包括以下步驟：
4、步驟1、金相制樣
5、從待分析的同一爐次的金屬制件中獲取試樣，且從所述金屬制件的端部和/或中部取試樣，對每個試樣的縱截面進行磨制及拋光；
6、步驟2、電解拋光及sem/eds檢測
7、對各試樣的縱截面進行電解拋光，通過掃描電鏡觀察并采集所述縱截面上夾雜物及夾雜物周圍空隙的圖片，采用能譜檢測夾雜物的成分，通過圖像軟件計算夾雜物尺寸及夾雜物周圍空隙的面積，計算夾雜物收縮系數cc，公式為：s空為夾雜物周圍空隙面積，單位μm2；s夾為夾雜物面積，單位μm2；將夾雜物收縮系數cc作為夾雜物評價參數；
8、步驟3、旋轉彎曲疲勞試驗及預測模型建立
9、將各試樣進行旋轉彎曲疲勞試驗，通過掃描電鏡觀察并測量疲勞斷口裂紋起源處夾雜物尺寸，獲取旋轉彎曲疲勞試驗數據；將夾雜物及周圍空隙的尺寸之和作為疲勞起源裂紋初始尺寸，根據晶粒滑移能量理論和paris公式進行修正計算，形成對應該試樣的金屬制件的含夾雜物旋轉彎曲疲勞壽命的預測模型。含夾雜物旋轉彎曲疲勞壽命的預測模型。
10、優選地，步驟2中電解拋光的工藝為：試樣作為陽極，銅片作為陰極，距離4cm～6cm，分別與穩壓電源(量程為0.5v～1v)正極和負極相連；配置3％～5％氯化芐基三乙銨、12％～17％甲基異丁基酮及78％～85％無水甲醇的溶液，在0℃～4℃的溫度下，將試樣縱截面浸入溶液1mm～3mm，電解拋光時間為10s～20s。
11、優選地，步驟1中在盤件、圓棒和/或板材的一端部、1/4長度位置、1/2長度位置、3/4長度位置及另一端部取試樣。
12、優選地，截取試樣的縱截面面積為1cm2，并依次經60目、400目、800目、1500目及2000目砂紙順序磨制，使用粒度1.5μm的拋光膏機械拋光。
13、優選地，步驟3中記錄的疲勞壽命等于內部疲勞裂紋萌生壽命+內部疲勞裂紋擴展壽命，即：nf＝ni+np，nf為疲勞壽命，ni為內部疲勞裂紋萌生壽命，np為內部疲勞裂紋擴展壽命。
14、優選地，結合晶粒滑移能量理論和paris公式進行修正計算，考慮裂紋穩態擴展與非穩態擴展交界處的裂紋大小遠大于疲勞起源裂紋初始尺寸；并根據夾雜物收縮系數cc及疲勞強度計算方法，對于低熔點的塑性夾雜物，將其橫截面視同為橢圓，s夾＝π×a×b，a為夾雜物長度，μm；b為夾雜物寬度，μm；對于高熔點的硬性夾雜物，將其橫截面視同為圓形，d為夾雜物直徑，μm；疲勞試驗應力值δσ，mpa；幾何常數β1，金屬彈性模量e，gpa；金屬剪切模量g，gpa；顯微硬度hv；
15、建立含塑性夾雜物的旋轉彎曲疲勞壽命nf1預測模型為：
16、
17、建立含硬性夾雜物的旋轉彎曲疲勞壽命nf2預測模型為：
18、
19、將旋轉彎曲疲勞試驗數據代入上述模型并通過matlab軟件迭代運算，使得函數滿足的值最小，求得金屬制件抗疲勞性能參數△kth、c及n值，并將結果反饋回建立的含塑性夾雜物的金屬旋轉彎曲疲勞壽命nf1預測模型和含硬性夾雜物的金屬旋轉彎曲疲勞壽命nf2預測模型中，得到金屬制件的含夾雜物旋轉彎曲疲勞壽命的預測模型。
20、優選地，旋轉彎曲疲勞試驗數據包括旋轉彎曲疲勞壽命、a為夾雜物長度、b為夾雜物寬度、夾雜物直徑d和直徑及夾雜物收縮系數cc值。a為夾雜物長度和b為夾雜物寬度，與夾雜物直徑d之間為或的關系。即優選地，旋轉彎曲疲勞試驗數據包括旋轉彎曲疲勞壽命、a為夾雜物長度、b為夾雜物寬度和直徑及夾雜物收縮系數cc值。或優選地，旋轉彎曲疲勞試驗數據包括旋轉彎曲疲勞壽命、夾雜物直徑d和直徑及夾雜物收縮系數cc值。
21、考慮了一直以來被傳統金相夾雜物檢測方法所忽略的夾雜物周圍形成的對金屬疲勞性能同樣不利的空隙，建立了與夾雜物實際寬度或直徑直接相關的疲勞壽命模型，該模型的建立使得可采用傳統金相夾雜物檢測方法得到的夾雜物實際寬度或直徑來準確預測金屬旋轉完全疲勞壽命，這將為金屬生產過程冶煉工藝的選擇及夾雜物的控制提供更加便捷及準確的指導。
22、本方法的工作原理是：夾雜物與金屬基體的熱膨脹、凝固收縮系數及硬度等均不同，造成金屬在加熱及冷卻或在壓制過程中會在不同類型夾雜物周圍形成不同大小的空隙。金屬基體與夾雜物接觸面處基體的電極分解電位更高，采用特定的中性非水電解拋光方法，使得在短時間內金屬和夾雜物接觸面處基體首先溶解，裸露出夾雜物與金屬基體之間的空隙得以被準確測量，進而將夾雜物及其周圍空隙的尺寸之和作為疲勞起源裂紋初始尺寸，根據晶粒滑移能量理論和經典paris公式進行修正，認為裂紋穩態擴展與非穩態擴展交界處的裂紋大小遠大于疲勞起源裂紋初始尺寸，疲勞裂紋非穩態擴展速率很快，其壽命很短，遠小于裂紋穩態擴展的壽命，忽略不計得到疲勞壽命nf預測模型。模型按照不同類型夾雜物因熔點不同壓制后具有不同形狀，將其實際寬度或直徑直接與疲勞壽命建立起聯系。
23、盤件、圓棒和/或板材的
24、本專利技術的優點是：(1)采用該方法，通過控制中性非水溶液電解拋光方法，使得一直以來被傳統檢測方法所忽略的，不同類型夾雜物周圍對金屬疲勞性能同樣不利的不同大小的空隙完全裸露出來，這為疲勞壽本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：步驟2中電解拋光的工藝為：試樣作為陽極，銅片作為陰極，距離4cm～6cm，分別與穩壓電源(量程為0.5V～1V)正極和負極相連；配置3％～5％氯化芐基三乙銨、12％～17％甲基異丁基酮及78％～85％無水甲醇的溶液，在0℃～4℃的溫度下，將試樣縱截面浸入溶液1mm～3mm，電解拋光時間為10s～20s。
3.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：步驟1中在盤件、圓棒和/或板材的一端部、1/4長度位置、1/2長度位置、3/4長度位置及另一端部取試樣。
4.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：截取試樣的縱截面面積為1cm2，并依次經60目、400目、800目、1500目及2000目砂紙順序磨制，使用粒度1.5μm的拋光膏機械拋光。
5.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預
6.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：結合晶粒滑移能量理論和Paris公式進行修正計算，考慮裂紋穩態擴展與非穩態擴展交界處的裂紋大小遠大于疲勞起源裂紋初始尺寸；并根據夾雜物收縮系數CC及疲勞強度計算方法，對于低熔點的塑性夾雜物，將其橫截面視同為橢圓，S夾＝π×a×b，a為夾雜物長度，μm；b為夾雜物寬度，μm；對于高熔點的硬性夾雜物，將其橫截面視同為圓形，d為夾雜物直徑，μm；疲勞試驗應力值Δσ，MPa；幾何常數β1，金屬彈性模量E，GPa；金屬剪切模量G，GPa；顯微硬度HV；
7.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：旋轉彎曲疲勞試驗數據包括旋轉彎曲疲勞壽命、a為夾雜物長度、b為夾雜物寬度和直徑及夾雜物收縮系數CC值。
8.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：旋轉彎曲疲勞試驗數據包括旋轉彎曲疲勞壽命、夾雜物直徑d和直徑及夾雜物收縮系數CC值。
...【技術特征摘要】
1.建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：步驟2中電解拋光的工藝為：試樣作為陽極，銅片作為陰極，距離4cm～6cm，分別與穩壓電源(量程為0.5v～1v)正極和負極相連；配置3％～5％氯化芐基三乙銨、12％～17％甲基異丁基酮及78％～85％無水甲醇的溶液，在0℃～4℃的溫度下，將試樣縱截面浸入溶液1mm～3mm，電解拋光時間為10s～20s。
3.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：步驟1中在盤件、圓棒和/或板材的一端部、1/4長度位置、1/2長度位置、3/4長度位置及另一端部取試樣。
4.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：截取試樣的縱截面面積為1cm2，并依次經60目、400目、800目、1500目及2000目砂紙順序磨制，使用粒度1.5μm的拋光膏機械拋光。
5.如權利要求1所述的建立含夾雜物制件的旋轉彎曲疲勞壽命預測模型的方法，其特征在于：步驟3中記錄的疲勞壽命等于內部疲勞裂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡陽，范曉爍，劉光旭，祝亞亮，楊杰，
申請(專利權)人：中國航發北京航空材料研究院，
類型：發明
國別省市：
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