[发明专利]一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法

说明书

本发明是一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法，该方法通过材料中缺陷的无损检测精确定位、高周疲劳性能试验、断口分析、缺陷特征统计等步骤，确定缺陷种类、尺寸、位置、分布等特征与疲劳性能的关系，为现有材料及新材料制件无损检测的验收标准提供了直接数据支持。本发明方法采用多种无损检测方法进行缺陷精确定位后再进行后续疲劳性能试验和分析，实现了缺陷特征可设计化并避免了结果的随机性，从而减少疲劳性能试验数量，降低时间和经济成本。本发明提出的方法可对缺陷尺寸、位置、种类、分布等多参量进行综合性的定量分析，与传统方法只能进行单个参量的定性分析相比，获得的信息更为丰富全面，实用性更强。

技术领域

本发明是一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

随着大量高性能金属制件在航空航天、兵器、电子、汽车等关键领域的广泛使用，对其进行安全可靠的质量评价成为当务之急。无损检测技术在不损害被检对象的前提下，可对被检件质量进行评价并根据验收标准做出合格与否的判断。然而，由于缺少缺陷对于材料性能影响的基础数据，现有材料的无损检测验收标准往往参考或直接照搬国外验收标准。大量研究表明，国产材料特性与进口材料存在一定差异，照搬后者的验收标准进行合格与否的判定，必将带来检测结果的不准确性，对制件的使用安全性和可靠性埋下隐患。

由于材料中不可避免地存在气孔、夹杂、未熔合、裂纹等缺陷，将使制件相应部位的有效承载面积减小，承受载荷时产生缺口效应，造成局部应力集中，成为疲劳裂纹萌生源，进而影响制件在使用过程中的抗疲劳性能。因此，疲劳性能是受缺陷影响最大的材料性能，应重点研究缺陷对材料疲劳性能的影响规律。目前，开展上述工作常用的手段一是通过理论计算进行材料疲劳寿命预测，二是通过力学性能试验结合断口观察进行缺陷金相测量结果(位置或尺寸等单个参量)对疲劳性能影响的定性分析。但上述方法均未将缺陷的无损检测结果与疲劳寿命之间建立起直接联系，并且仅限于单一参量的定性分析，缺乏系统性；事实上，缺陷的无损检测结果与金相测量结果存在一定差异，如采用金相测量结果与疲劳性能关系的数据作为无损检测验收标准的建立依据，必将带来潜在的安全隐患。因此，确定出基于无损检测的多个缺陷特征与疲劳性能的关系，将为材料的无损检测验收标准建立提供直接数据，这是保证制件使用安全性的重要前提。

与此同时，大量新材料、新工艺制件不断涌现，国外也无相应的验收标准。例如对于增材制造制件，目前只能照搬传统锻件或铸件的无损检测验收标准。因此，新材料、新工艺制件的研制也对无损检测验收标准的建立提出了迫切需求，需要首先建立缺陷的无损检测结果与疲劳性能的关系，从而为无损检测验收标准建立提供直接数据。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，该方法的步骤是：

步骤一、典型缺陷试样的收集

首先根据材料确定与疲劳性能相关的缺陷种类，然后采用超声C扫描检测技术，对材料内部缺陷进行检测，在材料上标记缺陷信号所对应的部位，根据扫查得到的C扫描图像，选择不同尺寸、不同位置的缺陷并以该缺陷为中心加工长方体试样，再次采用超声C扫描检测技术，对长方体试样进行不少于两个入射方向的检测，根据不同入射方向的C扫描结果，精确确定缺陷在长方体试样中的空间位置以及当量尺寸；

步骤二、高周疲劳性能试样的加工

以长方体试样中确定的缺陷空间位置为中心，加工为轴向光滑高周疲劳性能试样，同时，选择超声检测无缺陷部位制作不含缺陷的轴向光滑疲劳性能试样作为对比试样；

步骤三、高周疲劳性能试验

在室温下按照HB5287-1996的方法，在高频疲劳试验机上对所述轴向光滑高周疲劳试样施加固定载荷开展疲劳试验，直至试样断裂，记录每个试样的疲劳寿命值；

步骤四、疲劳断口分析