Page 55 - 无损检测2022年第一期
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杨广宇, 等:
17-4PH 不锈钢热老化脆化的非线性超声检测评估
图2 所示。由图 2 可知, 在 400 ℃ 时效温度下, 随
β
时效时间的延长呈明显增大趋势, 表明时效时间对
β 产生 了 重 要 影 响。这 是 由 于 随 着 时 效 时 间 的 延
长, 17-4PH 不锈钢发生了不同程度 的 脆 化。需 要
指出的是, 相对于 β 0 0h 对应的非线性系数) 的增
(
β
量并不大, 在 0~300h , 有相对较大的增速; 在时
β
效时间为 500h 时, 达到了最大值。
β
图 1 主蒸汽隔离阀阀杆备件外观
硬化不锈钢棒材和型材的标准规格》中的 T yp e630
金属, 元 素 质 量 分 数 为: C 为0.042% ; Si 为 0.54% ;
Mn为 0.48% ; P 为 0.021% ; S 为 0.0003% ; Cr 为
15.22% ; Ni为 4.61% ; Cu为 3.32% ; Nb 与 Ta一共
为0.33% 。在1052℃ 保温10.5h 空冷的固溶处理
后, 在 593 ℃ 下回火 12h , 空冷。
1.2 热老化试验
试 样 加 工 成 圆 棒 形 状, 尺 寸 ( 直 径 × 长 度) 为 图 2 17-4PH 不锈钢阀杆非线性系数随时效时间的
16mm×90mm 。试样表面进行打磨处理, 保证足 变化曲线
够的光滑平整。试样在 400 ℃ 下进行时效处理, 时 17-4PH 不锈钢是 一 种 晶 体 结 构, 其 机 械 性 能
效时间分别为 0 , 100 , 200 , 300 , 500h 。阀杆实际运 的下降与位错的移动相关。金属材料中的非线性效
行温度约为 283 ℃ 。 应主要与位错、 晶体结构、 沉淀析出以及微裂纹有
1.3 试验分析方法 关。高次谐波分量通常是由超声波在非谐固体中传
在非线性超声( 频率为0.29MHz , 瑞丽波) 测量 播时变形引起的, 这种现象与晶体的晶格非谐性有
时, 使用中心频率为 5MHz的窄带压电换能器作为 关( 非谐性来自声子与声子间的相互作用, 热振动
发射探头, 使用中心频率为 10 MHz 的宽带压电换 等)。另一个可能影响超声波非线性响应的因素是
能器作为接收探头, 且每次测量时施加在换能器上 第二相和位错作用产生的微应变。
的压力相对稳定。超声换能器与试样之间均为薄层 晶格畸变引起超声波的非线性效应增加。超声
耦合, 采用的耦合剂为甘油。最后通过傅里叶变换 波穿过弹性固体介质时, 析出相的晶格间距不同于
获得非线性系数。 基质的晶格间距, 这会导致晶格失配, 引起应变场扭
进行非线性超声检测后, 再对试样的冲击功、 曲( 可以通过失配参数进行测量)。第二相和矩阵之
布氏硬度、 拉 伸 性 能 进 行 了 测 试。 冲 击 试 验 样 品 间不匹配也会引起晶格应变。 1956 年 GRANATO
参考标准 GB / T229-2007 《 金属材料 夏比摆锤冲 等 [ 6 ] 提出了材料的位错弦钉扎理论, 认为晶体中的
击试验方法》加工成尺寸( 长 × 宽 × 高) 为10mm× 位错或点缺陷等可能在位错线上形成钉扎点, 而形
10mm×55 mm 的 V 型 缺 口 试 样, 采 用 Zwick 成的钉扎点会限制位错线的运动。因此, 析出相可
RKP450 型冲击试验机测量其 0 ℃ 的冲击功。拉 能是控制 17-4PH 不锈钢热脆化过程中超声波产生
伸试样根据标准 GB / T228.1-2010 《 拉伸试验 第 非线性响应的最主要因素。
1 部分: 室温试验方法》加工尺寸为 M12×80 mm 2.2 布氏硬度
( 螺纹直径 × 长度), 拉伸性能采用 100kN AG-IC 17-4PH 不锈钢阀杆布氏硬度与时效时间的关
型拉力试验机测得。试验采用 XHBT-3000Z 型硬 系曲线如图 3 所示。阀杆时效时间为 0h 时, 其布
度计测量样品硬度。 氏硬度为350HBW 。随着热老化的加速进行, 硬度
不断增大, 直至 500h 时达到最大值, 为 374HBW 。
2 试验结果及分析
硬度在整个过程中上升了 7% 。
2.1 非线性超声 在比较非线性系数和硬度在 0~500h 的变化
非线性系数 β 通过基波 A 1 和二次谐波 A 2 的 规律 时 发 现, 二 者 变 化 规 律 大 体 一 致。 图 4 为
幅值计算得出, 非线性系数 β 随时效时间的变化如 17-4PH 不锈钢阀杆非线性系数与硬度的关系曲线
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测
