车轴钢微观结构演化的非线性超声评价

摘要

车轴是机车车辆中转向架的关键承载部件，其性能直接危及机车车辆的运输安全。所以及早了解车轴性能退化状况具有重要意义。材料的微观结构直接影响其宏观力学性能，而材料的非线性又与材料微观结构密切相关，因此研究并建立材料非线性声学参数与微观结构演化之间的关系，并以此对材料结构的宏观力学性能退化进行相应的超声无损评价具有重要的应用价值。本文采用非线性超声测试技术以及金相观测的方法研究车轴钢试件在拉伸及疲劳荷载作用下，其超声非线性系数、微观结构与拉伸导致的塑性变形以及非线性系数、微观结构与疲劳循环次数之间的关系，以此进一步建立了超声非线性系数与晶粒尺寸之间的关系。在此基础上，本文还结合基于位错的理论模型进行了深入的分析讨论。此外，本文还进一步研究了在拉伸及疲劳载荷作用下，车轴钢试件的衰减系数与微观晶粒尺寸之间的关系。
　　本研究主要内容包括：⑴拉伸载荷作用下，车轴钢试件近颈缩点处的相对非线性系数与晶粒尺寸均随塑性变形的增加而增大，且该相对非线性系数随晶粒尺寸的增加而增大。这表明非线性系数可以定性表征微观晶粒尺寸的变化情况。远颈缩点处的相对非线性系数与晶粒尺寸之间的变化关系与近颈缩点处的实验结果有所不同。⑵疲劳载荷作用下，车轴钢试件近颈缩点和远颈缩点处的相对非线性系数、晶粒尺寸均随疲劳加载次数的增加而增大，且该相对非线性系数随晶粒尺寸的增加而增大。同远颈缩点的实验结果相比，近颈缩点的相对非线性系数与晶粒尺寸之间的变化关系更为密切。⑶拉伸载荷作用下，车轴钢试件近颈缩点处的相对衰减系数与晶粒尺寸间存在较好的对应关系，但在远颈缩点处这种对应关系不明显。疲劳载荷作用下，近颈缩点处和远颈缩点的相对衰减系数对晶粒尺寸的评价均不够准确。⑷超声测试中，相对非线性系数随珠光体等圆半径四次方的增大而增加，这与基于位错理论模型的分析讨论结果符合，即在位错密度与应力保持不变的情况下，相对非线性系数与珠光体半径的四次方线性相关。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 非线性超声检测技术研究进展

1．2．1 非线性超声理论基础

1．2．2 非线性超声实验研究进展

1．3 本文研究目的及内容

1．3．1 本文研究目的

1．3．2 本文研究内容

2 非线性超声检测系统

2．1 引言

2．2 非线性超声测试系统

2．2．1 非线性超声测试系统的搭建

2．2．2 压电超声换能器的参数选择

2．3 非线性超声信号的处理

2．3．1 激励信号的选择

2．3．2 快速傅里叶变换

2．3．3 信号加窗处理

2．4 本章小结

3 车轴钢在拉伸载荷作用下微观结构演化的非线性超声评价

3．1 引言

3．2 非线性超声测试试样的制备

3．3 拉伸载荷作用下的非线性系数测试

3．3．1 超声实验过程及方法

3．3．2 实验结果及其讨论

3．4 拉伸载荷作用下的晶粒尺寸观测

3．4．1 金相试样的制备及金相观测

3．4．2 晶粒尺寸与拉伸载荷的关系

3．4．3 相对非线性系数与晶粒尺寸之间的关系

3．4．4 相对衰减系数与晶粒尺寸之间的关系

3．5 本章小结

4 车轴钢在疲劳载荷作用下微观结构演化的非线性超声评价

4．1 引言

4．2 疲劳载荷作用下的非线性系数测试

4．2．1 疲劳加载设备

4．2．2 相对非线性系数与疲劳次数的关系

4．2．3 相对衰减系数与疲劳次数的关系

4．3 疲劳载荷作用下的晶粒尺寸观测

4．3．1 疲劳金相试样的制备

4．3．2 相对非线性系数与晶粒尺寸之间的关系

4．3．3 相对衰减系数与晶粒尺寸之间的关系

4．4 本章小结

5 基于理论模型的分析讨论

5．1 引言

5．2 微观结构与非线性系数的关系

5．2．1 位错单极模型与位错偶模型

5．2．2 微观结构对非线性系数的影响

5．3 实验结果分析讨论

5．4 塑性应变对非线性的影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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