块体非晶合金漏磁探伤仪探靴研究

论文摘要

硬质合金钢具有高硬度以及高的耐磨性,用作耐磨块镶嵌于漏磁探伤仪探靴基体,可以有效提高探靴使用寿命,是目前常用的探靴耐磨保护材料。但其存在两个问题,一是冲击韧性差,检测过程中易剥落,对被检钢管表面形成刮伤；二是具有铁磁性,对探靴整体检测精度有较大影响,甚至导致信噪比过低而不能使用。因此,亟需发展一种表面硬度高、抗冲击振动性能好、抗压强度高且无铁磁性的材料取代硬质合金钢用于漏磁探伤仪探靴基体耐磨块。本文针对上述需求,成功研制了新型Zr基块体非晶耐磨块,实现了漏磁探伤仪探靴基体耐磨块国产化。在线检测应用证明,与硬质合金相比,不仅显著提高探靴信噪比,同时可有效保护钢管表面,使用寿命达到过管3500根。本文系统研究了Zr基块体非晶合金的制备、热处理与组织性能的变化,主要结论如下：采用铜模吸铸工艺制备了Zr55Ni5Cu30Al10块体非晶棒材,采用PW1700X射线自动粉末衍射仪进行了结构检测。用差热分析法测定了Zr55Ni5Cu30Al10块体非晶的玻璃转变温度、晶化温度及过冷液相区。分别测量了Zr55Ni5Cu30Al10块体非晶的维氏硬度和抗压强度,以及退火对其硬度和抗压强度的影响。采用线切割机制备Zr基块体非晶耐磨块应用于漏磁探靴,通过在线应用来检测摩擦磨损及信号输出情况。采用铜模吸铸法成功制备了Φ4-6.5mm的Zr55Ni5Cu30Al10非晶棒材,在10K／s、15K／s、20K／s的升温速度下进行差热分析,该合金的玻璃转变温度T。分别为670.3、675.9、683.3K,晶化温度Tx分别为741.5、748.3、751.4K,过冷液相区ATx为71.2、72.4、68.1K,具有较大的玻璃形成能力。Zr55Ni5Cu30Al10非晶合金铸棒维氏硬度为506,随着退火温度的提高,其硬度值总体上升,但在673K附近有所下降。在683K附近随保温时间的延长,其硬度有总体上升趋势,但在保温20min时,略有下降。Zr55Ni5Cu30Al10非晶合金铸棒抗压强度1711MPa,断口形貌为典型的脉络状花纹,在端口与试样连接处发现大量的剪切带存在,同时还产生了局部熔化现象。试样压缩断裂平面角度约为42°-43°。对其进行退火热处理,在773K退火保温10min处理后抗压强度达到1892MPa,随着退火温度的继续升高,其抗压强度急剧下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 几种探伤工作方式简介
• 1.2.1 超声波探伤
• 1.2.2 涡流探伤
• 1.2.3 漏磁探伤
• 1.3 漏磁探伤结构及存在的问题
• 1.4 耐磨材料的发展现状及应用中存在的问题
• 1.5 大块非晶材料的发展历史
• 1.6 块体非晶的制备、性能及应用
• 1.6.1 块体非晶的制备
• 1.6.1.1 熔剂包敷法
• 1.6.1.2 铜模吸铸法
• 1.6.1.3 水淬法
• 1.6.1.4 非晶粉末冶金技术
• 1.6.1.5 定向区域熔炼法
• 1.6.1.6 挤压铸造法
• 1.6.2 块体非晶的性能及应用
• 1.6.2.1 力学性能
• 1.6.2.2 过冷液相区的粘滞流动性
• 1.6.2.3 耐蚀性能
• 1.6.2.4 磁性能
• 1.7 Zr基块体非晶的研究现状及发展趋势
• 1.8 本论文的目的和研究内容
• 第2章 试验方法
• 2.1 试验原料
• 2.2 Zr基块体非晶的制备
• 2.2.1 母合金制备
• 2.2.2 块体非晶制备
• 2.3 X射线检测
• 2.4 DSC检测
• 2.5 室温压缩试验
• 2.6 扫描电镜（SEM）观察
• 2.7 硬度检测
• 2.8 热处理退火
• 第3章 Zr基块体非晶的制备及热分析
• 3.1 引言
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 Zr基大块非晶的制备
• 3.2.2 Zr基大块非晶的热分析
• 3.3 小结
• 第4章 Zr基块体非晶力学性能研究
• 4.1 引言
• 55Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的硬度研究'>4.2 Zr₅₅Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的硬度研究
• 55Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的室温压缩断裂研究'>4.3 Zr₅₅Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的室温压缩断裂研究
• 55Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的室温压缩断裂'>4.3.1 淬态Zr₅₅Ni₅Cu₃₀Al₁₀块体非晶的室温压缩断裂
• 4.3.2 退火对Zr基块体非晶压缩强度的影响
• 4.4 小结
• 第5章 Zr块体非晶材料应用
• 5.1 引言
• 5.2 Zr基耐磨块实际应用情况
• 5.2.1 耐磨性能研究
• 5.2.1.1 表面热喷涂护壳耐磨性能研究
• 5.2.1.2 采用硬质合金材料作为耐磨块
• 5.2.1.3 Zr基块体非晶耐磨块
• 5.2.2 Zr基耐磨块对探靴拾取信号的影响
• 5.2.2.1 钢管缺陷处漏磁场分析
• 5.2.2.2 Zr基块体非晶耐磨块对探靴信噪比的影响
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研活动