【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械结构失效分析及质量控制，尤其涉及一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、机械装备中的金属构件一般经锻造、热处理等工艺制造。其中，热处理过程既需要确保金属构件的整体性能达到规定要求，又需要保证过程稳定性，是金属构件制造过程的关键环节。然而，热处理过程经常会发生各种问题导致工件失效。其中，工件的淬火开裂现象，因受到冶金质量、热处理工艺等多因素影响，且直接关系到产品的高质量生产，一直被国内外学者广泛关注。尤其是含中心孔的大型金属构件，更是增加了热处理过程中传热、成分扩散、固态相变以及应力-应变等规律的复杂性，增大了工件淬火开裂的风险。
3、金属构件的中心孔内表面的内应力以组织应力为主，切向拉应力较大，易在内孔壁上形成沿纵向分布的裂纹，影响产品生产质量。尤其是对于大型金属构件，造价成本高，热处理过程又位于整体工艺过程的尾端，一旦出现淬火开裂现象，整个结构件随即失效报废，严重影响金属构件的高质量生产，并为企业带来巨大经济损失。
4、金属构件的淬火开裂一般起始于工件缺陷、尖角等位置。本案设计人发现，虽然前期研究表明，淬火开裂现象的发生与淬火工艺参数选择及材料中夹杂物、偏析等缺陷的位置、尺寸等特征信息，以及工件的形状等存在关联性，但确切的关联量化关系因工件材质及具体结构特点而异，尚不清楚，无法对其引入的影响进
5、故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本专利技术大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法。
技术实现思路
1、本专利技术是针对现有技术中，现有淬火工艺参数选择与材料中夹杂物、偏析缺陷的位置、尺寸等特征信息的关联量化关系尚不清楚，无法对其引入的影响进行定量评估，因而无法匹配合适的淬火工艺，并导致淬火开裂等缺陷提供一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法。
2、为实现本专利技术之目的，本专利技术提供一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，所述大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，包括：
3、执行步骤s1：在金属构件的取样区截取预设数量的块状材料平行样本，每个样本的尺寸不小于15mm×15mm×15mm；
4、执行步骤s2：将截取的材料样本进行淬火试验，淬火条件包括淬火加热温度t、淬火保温时间t、淬火冷却速率r，记录样本在淬火过程后是否发生开裂，以及各平行样本发生淬火开裂的工艺条件，以获得材料样本的临界淬火条件；
5、执行步骤s3：针对完成淬火试验并最终开裂的材料样本，对其裂纹源位置的夹杂物、偏析缺陷的微观组织、形貌、化学成分进行对比解剖分析；
6、执行步骤s4：分别测量各个平行样本中，淬火开裂的裂纹源位置夹杂物、偏析缺陷的尺寸，记为li，其中，i＝1，2，3…n；分别表示各个平行样本；
7、执行步骤s5：根据试验数据，建立造成淬火开裂的工艺条件与缺陷尺寸的关联性量化关系，
8、f(t)＝f(li) (1-1)
9、f(t)＝f(li) (1-2)
10、f(r)＝f(li) (1-3)；
11、执行步骤s6：利用有限元分析方法建立含有内部缺陷的金属构件的三维模型，在不同特征缺陷对应的开裂淬火条件下，分析金属构件的温度场、应力场变化情况，并对公式(1-1)、公式(1-2)、公式(1-3)，在金属构件中的应用进行修正，获得淬火工艺的临界条件，即恰好引起淬火开裂的阈值，
12、f′(t)＝f′(li) (2-1)
13、f′(t)＝f′(li) (2-2)
14、f′(r)＝f′(li) (2-3)；
15、执行步骤s7：截取m个金相截面试样，其中m≥5，磨制、抛光后作为夹杂物、偏析缺陷的观察样本，利用光学显微镜观察每个截面上的最大夹杂物，测量夹杂物尺寸，记为其中，j＝1，2，3…n；分别表示各个截面中的最大夹杂物尺寸，并对m个金相截面的最大夹杂物尺寸进行排序l1≤l2≤l3≤…≤ln；
16、执行步骤s8：利用统计极值方法，获得金属构件近表面结构中最大缺陷尺寸y，设金属构件表面结构中最大缺陷的最大等效直径为x，则
17、x＝δy+λ (3-1)
18、其中，
19、
20、
21、s为测量的各视场中最大缺陷的等效直径l的标准偏差，即：
22、
23、为各视场中最大缺陷的等效直径l的平均值，即：
24、
25、
26、执行步骤s9：依据金属构件的淬火开裂临界条件对应关系公式(2-1)～公式(2-3)，以及对金属构件近表面结构中最大缺陷的定量评价公式(3-1)～公式(3-6)，建立金属构件缺陷导致淬火开裂的定量风险评估模型，并指导淬火工艺参数选择。
27、可选地，在步骤s2中，所述淬火试验是针对金属构件上截取的局部材料样本，按照淬火条件，包括淬火加热温度t、淬火保温时间t和淬火冷却速率r，由缓到急的原则，设计开展呈梯度分布的、不同淬火条件的淬火试验。
28、可选地，每完成一次淬火过程，如果材料样本没有发生淬火开裂，则对该样本重新进行热加工后，再改变淬火条件，重新进行淬火试验，直到该材料样本发生淬火开裂。
29、可选地，步骤s3中，所述对比解剖分析是制备可进行有效观察的磨抛试样，利用金相分析与扫描电镜影像分析技术，对材料样本夹杂物、偏析缺陷区域的尺寸和几何参数进行识别。
30、可选地，步骤s5中，金相截面试样的选取可以为同一样本的不同截面，也可以为不同样本的多个截面
31、另一方面，本申请还请求保护一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估装置，所述大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估装置，包括：
32、步骤s1执行模块：用于获取在金属构件的取样区截取预设数量的块状材料平行样本数据，每个样本的尺寸不小于15mm×15mm×15mm；
33、步骤s2执行模块：将截取的材料样本进行淬火试验，淬火条件包括淬火加热温度t、淬火保温时间t、淬火冷却速率r，所述步骤s2执行模块用于记录样本在淬火过程后是否发生开裂，以及各平行样本发生淬火开裂的工艺条件，以获得材料样本的临界淬火条件；
34、步骤s3执行模块：用于针对完成淬火试验并最终开裂的材料样本，对其裂纹源位置的夹杂物、偏析缺陷的微观组织、形貌、化学成分进行对比解剖分析；
35、步骤s4执行模块：用于获取分别测量各个平行样本中，淬火开裂的裂纹源位置夹杂物、偏析缺陷的尺寸数据，记为li，其中，i＝1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，其特征在于，所述大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，包括：
2.如权利要求1所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，步骤S2中，所述淬火试验是针对金属构件上截取的局部材料样本，按照淬火条件，包括淬火加热温度T、淬火保温时间t和淬火冷却速率R，由缓到急的原则，设计开展呈梯度分布的、不同淬火条件的淬火试验。
3.如权利要求2所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，每完成一次淬火过程，如果材料样本没有发生淬火开裂，则对该样本重新进行热加工后，再改变淬火条件，重新进行淬火试验，直到该材料样本发生淬火开裂。
4.如权利要求1所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，步骤S3中，所述对比解剖分析是制备可进行有效观察的磨抛试样，利用金相分析与扫描电镜影像分析技术，对材料样本夹杂物、偏析缺陷区域的尺寸和几何参数进行识别。
5.如权利要求1所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，步骤S5中，金相截面试样的选取可以为同一样本
6.一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估装置，其特征在于，所述大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估装置，包括：
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述的风险评估方法。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的风险评估方法。
...【技术特征摘要】
1.一种大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，其特征在于，所述大型金属构件淬火开裂失效分析与风险评估方法，包括：
2.如权利要求1所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，步骤s2中，所述淬火试验是针对金属构件上截取的局部材料样本，按照淬火条件，包括淬火加热温度t、淬火保温时间t和淬火冷却速率r，由缓到急的原则，设计开展呈梯度分布的、不同淬火条件的淬火试验。
3.如权利要求2所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，每完成一次淬火过程，如果材料样本没有发生淬火开裂，则对该样本重新进行热加工后，再改变淬火条件，重新进行淬火试验，直到该材料样本发生淬火开裂。
4.如权利要求1所述含中心孔大型金属构件淬火开裂风险评估方法，其特征在于，步骤s3中，所述对比解剖分析是制备可进行有效观...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁宁，刘哲，刘珑，刘永超，田力男，徐娜，郭卫民，许慧霞，
申请(专利权)人：山东省分析测试中心，
类型：发明
国别省市：
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