[发明专利]焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化方法

说明书

本发明涉及金属材料裂缝扩展领域，提供了一种焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化方法及系统；该方法包括：S1利用EBSD对焊缝金属样品进行显微组织晶体学数据采集；S2提取晶体学数据及实验{100}极图；S3晶体学数据计算和母相奥氏体晶粒重构，确定显微组织变体类型；S4获取显微组织晶体学结构单元图像，进行边界化处理，获得Bain单元；S5完成焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化。本发明规避了以往从形貌学角度定量化焊缝组织的精准度不足问题，同时也避开了仅从EBSD获取的晶界取向差角度来计算所表现的笼统性问题；精确实现焊缝金属中可有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织表征及单元尺寸定量化。

技术领域

本发明涉及金属材料裂缝扩展技术领域，特别涉及一种焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化方法及系统。

背景技术

钢铁材料焊接接头性能优劣是关系整个工程构件安全的关键点，必须保障焊接接头性能达标。在焊接接头部位，焊缝金属中典型的组织是针状铁素体，其呈现互锁式排布结构，晶粒尺寸在微米级别，对冲击、疲劳等过程产生的脆性裂纹扩展有较好的阻碍和偏折作用，能够提高焊缝金属断裂韧性。因此，非常有必要对焊缝金属组织进行定量化表征。

目前，传统表征焊缝金属组织的方法主要依赖光学显微镜、扫描电镜以及透射电镜，可以从不同角度给出针状铁素体的形貌特征、含量以及尺寸，但脆性裂纹扩展过程不单单与材料显微组织的晶粒尺寸相关，更重要的是与相邻晶粒之间取向差相关。研究者已经普遍认可钢铁材料中能够有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织是其晶体学结构的有效单元，即Bain组或Block，该类晶体学结构仅可由晶体学分析获得，传统形貌学识别显微组织晶粒的方法不能实现。基于这一点，扫描电镜中配备的电子背散射衍射(EBSD)探头可以获取各类显微组织晶体学取向信息，但仍有诸多材料研究者仅是通过不同取向差的晶界密度来统计晶粒尺寸，同样很难精确定量化出对脆性裂纹扩展起作用的晶粒尺寸。针对这一问题，本发明提出一种基于EBSD获取焊缝金属显微组织的晶体学数据，通过相变组织的高温母相奥氏体重构及其相变过程母相奥氏体与子相铁素体间晶体学转变关系，可以实现焊缝组织中有效阻碍脆性裂纹扩展的晶体学结构单元的定量化，包括其等效圆直径和长短轴尺寸。

发明内容

针对现有技术对焊缝金属中脆性裂纹扩展阻碍的显微组织定量化不精准问题，本发明提供一种焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化方法及系统，将EBSD技术应用于显微组织晶体学数据提取，同时结合数据处理与显微组织晶体学有效单元可视化方法，实现焊缝金属中能够有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化目的。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化方法，包括：

S1、选取焊缝金属样品，利用扫描电镜中配备的EBSD对所述焊缝金属样品进行显微组织晶体学数据采集；

S2、提取步骤S1的所述晶体学数据，及与所述晶体学数据对应的实验{100}极图；所述晶体学数据包括欧拉角(及坐标数据)；

S3、根据奥氏体向铁素体转变的理论相变关系，对步骤S2的所述晶体学数据进行逆向计算(铁素体转变为奥氏体)，获得母相奥氏体晶粒取向并完成母相奥氏体晶粒重构，进而依据母相奥氏体取向计算出相变组织的理论{100}极图，并通过理论{100}极图与实验{100}极图匹配，确定母相奥氏体与子相铁素体实际相变关系，同时确定实际相变关系条件下的显微组织变体类型；

S4、根据步骤S3得到的理论{100}极图及确定的显微组织变体类型，对步骤S2所述晶体学数据进行“数据—图像”转化处理，获取三种可有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织晶体学结构单元图像，并进行边界化处理，获得封闭单元结构即Bain单元；

S5、对步骤S4得到的显微组织晶体学结构单元图像进行处理，获得每一个封闭单元结构面积尺寸、等效圆直径尺寸、长短轴尺寸，即完成焊缝金属中有效阻碍脆性裂纹扩展的显微组织定量化。