第 1 章 緒 論

鋼作為材料的一種，已經(jīng)以各種形式被應(yīng)用在各種需要的地方。隨著時代的變遷和需求的變更，新型材料的研制與使用已經(jīng)是材料學(xué)領(lǐng)域的一項重要問題，現(xiàn)已有許多新型鋼種因為更優(yōu)良的性能及更好的經(jīng)濟(jì)效益而替代了傳統(tǒng)鋼種，這種狀況于航空航天范疇極其突出。航空航天領(lǐng)域存在著相對苛刻的客觀條件，對材料的比強度、韌性、疲勞性能及價格要求較高。對傳統(tǒng)的鋼種而言，其相對較大的密度或多或少地阻礙了它的應(yīng)用推廣。鑒于此，比重相對較輕的高強度鈦合金、鋁合金和復(fù)合材料的應(yīng)用范圍及規(guī)模正在逐漸擴(kuò)大[1]。近些年來隨著材料學(xué)領(lǐng)域研發(fā)技術(shù)的飛快發(fā)展，超高強度鋼因其較高的比強度、優(yōu)異的疲勞性能及低廉的原料價格，在航空航天領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注[2]。超高強度鋼是按照普通結(jié)構(gòu)鋼為原型發(fā)展起來的一種合金鋼，在高比強度的基礎(chǔ)之上同時具有一定韌性的特點，其屈服強度一般在 1300MPa 之上，抗拉強度一般在 1400MPa 之上[3]。以鋼中含有合金元素的數(shù)量來劃分，這種鋼材可以分為高、中及低合金超高強度鋼。
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第 2 章 材料及試驗方法

2.1 試驗材料及試樣的制備方法
本試驗過程中選用超高強度鋼 D406A(30Si2MnCrMoVE)為試驗材料。對D406A 鋼進(jìn)行對接焊接得到的焊接構(gòu)件為試驗對象。焊接采用的焊絲為 H10 號焊絲。D406A 鋼的元素組成如表 2-1 所示。H10 號焊絲(SiMnNiMoV)的元素組成如表 2-2 所示。在進(jìn)行焊接試驗之前，使用丙酮試劑對被焊鋼板進(jìn)行清洗，尤其是被焊接面。清洗后，保證被焊接鋼板無有害雜質(zhì)。由于被焊接鋼板的厚度為 3.5mm，焊接過程分為三個程序，分別為打底、加絲與重溶。具體的焊接工藝參數(shù)如表 2-3 所示。焊后實例如圖 2-2 所示。焊接完成后，為減少焊接構(gòu)件內(nèi)部存在的應(yīng)力并防止出現(xiàn)顯微裂紋而發(fā)生破壞，在焊后規(guī)定時間內(nèi)對焊接構(gòu)件進(jìn)行去應(yīng)力退火熱處理，熱處理溫度為 650℃，保溫時間為 30min。

2.2 試驗方法
對本試驗的試驗對象實施的熱處理工藝有三種方案，分別為對試驗用焊接構(gòu)件整體的傳統(tǒng)熱處理，對焊接構(gòu)件焊縫區(qū)局部的空間梯度循環(huán)淬火熱處理+傳統(tǒng)熱處理以及梯度熱處理（對焊接構(gòu)件焊縫區(qū)局部的空間梯度循環(huán)淬火熱處理+對焊接構(gòu)件整體的時間梯度熱處理）。將經(jīng)過不同熱處理后的金相試樣鑲嵌在模具中，模具尺寸 φ30mm×15mm。鑲嵌使用化學(xué)試劑為自凝牙托粉及自凝牙粉水。鑲嵌靜置一段時間后，在砂紙上對金相試樣進(jìn)行濕磨，選用砂紙次序按照從粗到細(xì)的規(guī)則。打磨基本無較大劃痕后，繼續(xù)用金相砂紙進(jìn)行打磨。用砂紙打磨好后，將金相試樣在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光。拋光劑選用手工調(diào)配的 Cr2O3溶液。當(dāng)金相試樣表面光亮無劃痕的時候，用腐蝕劑(比例為 4g：100ml：5ml 的苦味酸、酒精、鹽酸溶液)腐蝕金相試樣表面，便可以進(jìn)行試樣組織的觀察。對熱處理后 D406A 鋼焊接構(gòu)件各個區(qū)域的顯微組織進(jìn)行觀察，對比分析不同熱處理對焊接構(gòu)件組織的影響，使用的立式金相顯微鏡型號為 OLYMPUS BHM。

第 3 章 傳統(tǒng)熱處理對 D406A 鋼焊接構(gòu)件顯微組織與力學(xué)性能的影響 ............21

3.1 焊態(tài)下 D406A 鋼焊接構(gòu)件顯微組織與力學(xué)性能 ...........................21

第 4 章 梯度熱處理對 D406A 鋼焊接構(gòu)件顯微組織與力學(xué)性能的影響 .....34

4.1 梯度熱處理工藝方案的制定 .........................34

4.2 空間梯度熱處理對 D406A 鋼焊接構(gòu)件顯微組織的影響 ...........................38

第 5 章 梯度熱處理后 D406A 鋼焊接構(gòu)件的拉伸力學(xué)性能 ANN 預(yù)測………65

5.1 用于預(yù)測焊接構(gòu)件拉伸力學(xué)性能網(wǎng)絡(luò)模型的建立 ................65

第5章 梯度熱處理后D406A鋼焊接構(gòu)件拉伸力學(xué)性能ANN 預(yù)測

5.1 用于預(yù)測焊接構(gòu)件拉伸力學(xué)性能網(wǎng)絡(luò)模型的建立
本試驗中輸入?yún)⒘康木S數(shù)為 5，輸出參量維數(shù)為 2(1+1)，所以將隱含層中神經(jīng)元的數(shù)目選取限定在 4~14 之間。在固定了其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，分別選取了一個隱含層和兩個隱含層，隱含層中神經(jīng)元的數(shù)目在限定范圍中選取，在目標(biāo)誤差選為 1×10-4時，對不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)果分別對現(xiàn)有數(shù)據(jù)源進(jìn)行模擬預(yù)測，通過對比網(wǎng)絡(luò)是否收斂、達(dá)到收斂運行的步數(shù)以及預(yù)測值與實際值擬合系數(shù)等結(jié)果，最終選取的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別為 5×6×1 和 5×10×1。對于樣本數(shù)據(jù)源一定的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)的精度與結(jié)構(gòu)之間存在一定的相互影響，具體怎樣設(shè)定網(wǎng)絡(luò)精度與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)使構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)模型達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)，，現(xiàn)在還沒有有效的解決辦法。在已經(jīng)確定了樣本數(shù)據(jù)源，網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)的隱含層數(shù)目及隱含層中神經(jīng)元數(shù)目的前提下，選擇了幾種不同的目標(biāo)誤差進(jìn)行訓(xùn)練，對結(jié)果進(jìn)行比較，通過這種試湊的方法，選擇了目標(biāo)誤差為 1×10-4時，網(wǎng)絡(luò)性能相對比較優(yōu)良。

5.2 BP 網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練
在構(gòu)建 BP 網(wǎng)絡(luò)的過程中，對本試驗內(nèi)容，共建立了兩個不同的 BP 網(wǎng)絡(luò)，通過已知的三十四個數(shù)據(jù)源對兩種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。其中一種網(wǎng)絡(luò)用來完成梯度熱處理工藝參數(shù)與構(gòu)件拉伸力學(xué)性能中的抗拉強度參量之間的映射，另一種網(wǎng)絡(luò)用來完成梯度熱處理工藝參數(shù)與構(gòu)件拉伸力學(xué)性能中的延伸率參量之間的映射。圖 5-5 為訓(xùn)練梯度熱處理工藝參數(shù)與焊接構(gòu)件抗拉強度之間網(wǎng)絡(luò)時的收斂步數(shù)圖。圖 5-6 為構(gòu)建此 BP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到的抗拉強度值與實測的抗拉強度值之間的相關(guān)性曲線。
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結(jié)論

本試驗通過對 D406A 鋼原始態(tài)、焊態(tài)及淬火回火熱處理和梯度熱處理后D406A 鋼焊接構(gòu)件進(jìn)行組織分析和力學(xué)性能測試，對比分析不同熱處理對 D406A鋼焊接構(gòu)件組織和力學(xué)性能的影響。同時，以梯度熱處理后焊接構(gòu)件抗拉強度值及延伸率值為數(shù)據(jù)源，構(gòu)建 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)對梯度熱處理后焊接構(gòu)件拉伸力學(xué)性能的預(yù)測，得到的主要結(jié)論如下：(1)D406A 鋼原始態(tài)組織為退火熱處理后的粒狀珠光體，組織分布均勻。D406A鋼焊接構(gòu)件分為焊縫區(qū)、熱影響區(qū)及母材區(qū)三個區(qū)域。焊態(tài)下焊縫區(qū)及熱影響區(qū)都為板條馬氏體組織，母材區(qū)為粒狀珠光體組織。焊縫區(qū)板條馬氏體粗大且分布不均勻。傳統(tǒng)熱處理后，焊接構(gòu)件整體都為馬氏體組織，但焊縫區(qū)馬氏體依然較粗大。(2)空間梯度循環(huán)淬火熱處理有效的細(xì)化了焊接構(gòu)件焊縫區(qū)組織。在此熱處理基礎(chǔ)上再對焊接構(gòu)件進(jìn)行傳統(tǒng)熱處理，焊接構(gòu)件焊縫區(qū)馬氏體組織明顯小于只經(jīng)過傳統(tǒng)熱處理后焊接構(gòu)件焊縫區(qū)組織。與傳統(tǒng)熱處理相比，梯度熱處理后焊接構(gòu)件整體組織經(jīng)過腐蝕后，都出現(xiàn)白亮塊組織。XRD 測試結(jié)果顯示，梯度熱處理后焊接構(gòu)件中檢測到了奧氏體物相，傳統(tǒng)熱處理后焊接構(gòu)件中幾乎檢測不到奧體物相。
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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：18022