摘要
高速列车制动盘与核电应急柴油机曲轴是核心关键部件，其制造技术长期被各国垄断，而传统减材制造技术制造该类大型复杂金属结构零件存在着生产周期长、成本高、零件制造与性能难控制等问题。研究发展新型制造技术已经成为高铁与核电行业提高产品竞争力的方向之一。激光增材制造是一种基于高能量激光束对金属粉末作用下的层层堆积，成型出结构复杂程度高于传统减材制造工艺的新型制造技术，在高速列车制动盘与核电应急柴油机曲轴的制造领域具有重要应用前景。而激光增材制造金属构件的性能无损评价技术对其成行质量的控制具有重要保障作用，因此，开展激光增材制造构件力学性能超声无损评价方法的研究具有重要科学研究与实际应用价值。 本文选用45钢建立硬度超声评价方法，采用不同热处理方式对其热处理以得到不同相组织。通过光学显微镜、布氏硬度计和X射线衍射仪对其显微组织、硬度和应力状态进行分析，利用直接接触法建立声速-硬度数学模型。利用激光直接沉积成形24CrNiMo合金钢样品，采用差热分析仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计和万能拉伸试验机研究了成形合金钢组织和力学性能，并采用超声检测系统对其进行超声特性分析，建立两者之间关系，结果表明: 超声波在不同状态下45钢中传播时，声速随材料硬度的增加而减小，超声波铁素体中传播速度最大，相反在马氏体中传播速度最小。分析超声波参量与硬度的相关性，建立了波声速与硬度数学模型，并对一未知硬度45钢分别采用纵波和横波数学模型评价，最后误差为2.76％和5.51％，证明了超声评价方法的可行性，并发现纵波检测更为准确。 采用超声纵波脉冲回波法对激光增材制造合金钢进行无损评价，分析熔覆层界面及组织类型对超声波传播的影响，并建立增材制造合金钢三向超声速度与硬度的数学模型。超声波沿垂直于YOZ面方向、垂直于XOY面、垂直于XOZ面传播时声速依次降低;沿相同方向传播时，因材料内部弹性模量的变化，退火态、正火态、油淬态和水淬态试块中声速依次变小。建立声速-硬度数学模型评价该材料的硬度，发现三向检测得到结果与实际测量的平均误差为6.5％，证明了利用超声波声速评价增材制造24CrNiMo合金钢硬度的可靠性。
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