【成果概述】

金属材料内部质量检测与三维表征技术是一种超声显微检测技术与先进信号、图像处理方法相结合的无损检测技术。该技术可实现金属材料内部缺陷的定位、定量、定型以及定形的表征，进而实现金属材料内部质量的综合评价。与传统方法相比，该技术具有制样简单、扫查范围大、检测精度高、体空间表征等优势，可实现如下主要功能：

1.金属材料纯净度的评价；

2.金属材料偏析、缩孔、裂纹的识别；

3.金属材料凝固组织的表征；

4.金属材料内部缺陷的三维体空间分布的可视化。

【应用前景】

已投入成本：300万元。

推广应用情况：该技术完全具有独立知识产权，技术成熟度达到6级。该技术已经成功推广应用如下：

已成功为河钢、马钢、沙钢、湘钢等多家钢厂提供过相关技术服务。实现了对不同压下工艺情况铸坯内部质量的评价，建立了铸坯压下量与致密度统计模型；实现了对不同生产工艺下的4类铸坯的致密度、均匀度、缺陷数量与缺陷尺寸的综合评价，为优化实际生产工艺提供了可靠的数据支撑；实现了对镧铝合金材料枝晶结构的三维重构，为分析枝晶尺寸、生长角度等提供了有效的分析手段；实现了对不同搅拌速度、保温时间等焊接参数情况下焊点内部孔洞缺陷的空间分布与尺寸的统计分析。

期望技术转移成交价格（大概金额）：面谈。

【技术优势】

缺陷“定位”：提出形态学、能量积累等研究方法，在试样深度方向缺陷定位误差可以控制在4.0%左右。

缺陷“定量”：提出基于能量衰减系数谱的材料微观组织表征方法，误差控制在10%以内；提出散焦区超声灵敏度补偿方法，使散焦区检测准确度达到97.93%，大大提高金属材料纯净度评价准确度。

缺陷“定型”：提出基于核费舍尔的金属材料微缺陷分类方法，使夹杂、裂纹、缩孔等缺陷分类识别的准确率达到95%。缺陷“定形”：创新性地提出材料内部缺陷三维重构的方法，可以有效还原缺陷的原本形貌，对研究缺陷的危害、优化工艺具有重要意义。

【性能指标】

对于材料表面及近表面的缺陷，检测分辨率可达5μm。对于材料内部的缺陷，检测分辨率为100μm。

【效益分析】

作为无损检测的重要手段，超声显微检测技术可以广泛应用于钢铁冶金、电力电子等行业。与传统检测方法相比，金属材料内部质量检测与三维表征技术对待检测样品要求较低，制样过程简单，制样成本较低，且该技术可检测样品尺寸远大于传统方法，检测速度快，精度高。对于金属材料来说，该技术可以应用于金属材料内部缺陷尺寸、数量、分布、类型等方面的检测，检测结果可以为钢铁生产过程的工艺优化提供有益指导。此外，该技术也可应用于非金属材料内部质量检测，如陶瓷基复合材料内部缺陷检测及碳纤维复合材料孔隙率的检测等，为提高非金属材料内部质量提供了一种新的检测手段。

利用金属材料内部质量检测与三维表征技术可以有效提高检测效率与检测精度，及时获取金属材料内部缺陷的分布状态，有利于及时优化生产工艺参数，有利于提高金属产品的内部质量，从而延长金属材料的服役周期。因此，该技术的应用有望取得良好的经济效益，增强企业的质量核心竞争力。

【成果亮点】

1.知识产权：已授权发明专利4项，实用新型1项，在申1项。

[1]一种超声聚焦探头散焦区内缺陷灵敏度补偿方法，发明专利，201610039070.7(已授权)

[2]基于超声检测技术的金属材料内部夹杂物三维重构方法，发明专利，201510145749.(已授权)

[3]一种基于超声扫描显微镜的内部微观缺陷检测方法，发明专利.CN201410382771(已授权)

[4]一种用于超声扫描显微镜多分辨力检测的换能器装置，专利号：201520153297.5(已授权)

[5]一种超声扫描显微镜检测金属材料内部夹杂物的方法:,CN104634876A[P].2015.

[6]一种基于3D超声图像特征融合的焊接质量评价方法，（发明专利在审）

2.成果来源：

[1]工信部重点研发专项《高端铝合金功能材料智能制造新模式》，2017.6~2021.6

[2]工信部重点研发专项《沙钢高端线材全流程智能制造新模式》，2017.6~2021.6

[3]核动力研究院十三五科技支撑项目《金属基复合材料内部质量高通量表征》

[4]北京高等学校青年英才计划《基于超声技术的金属材料微结构检测》，2013/07-2015/12

[5]国家自然科学基金青年基金项目，《热轧带钢产品质量预测与诊断的非线性统计建模研究》2011/01-2013/12

3.技术先进性：国际先进

（1）可对金属内部的质量检测与三维表征，是一种无损的、高效的、三维可视化的检测技术。

（2）超声显微技术使用高频聚焦探头，可实现大面积扫描、体空间检测且具有较高的分辨率，可作为金相分析、扫描电镜分析、硫印分析、酸浸分析等传统理化检测手段的有益补充和扩展。

（3）与生产工艺相结合，指导优化钢铁生产的工艺，具有较好的推广价值。