金屬板材織構系數的超聲波測量.pdf

1、金屬板材是材料成形加工中常用的材料,化工設備多由金屬板材制成。在細觀尺度下,金屬多晶體板材可視為大量微小晶粒的集合體。晶粒彈性、塑性性質的各向異性導致金屬多晶體材料的宏觀彈、塑性性質不僅取決于單晶的材料性質,而且取決于多晶體中的晶粒取向分布。晶粒取向分布可用取向分布函數(ODF)來表示,其系數稱為織構系數,織構系數的超聲波測量可用于快速檢測材料在加工過程中的各向異性性質,指導金屬材料的加工生產。
　　 多晶體彈性本構的各向異性直

2、接造成多晶體內超聲波速的各向異性,如果能夠精確測量各向異性多晶體內不同方向上的超聲波速,則可以求得反映多晶體各向異性程度的織構系數。本文研究了當超聲波沿板材厚度方向傳播時超聲波速與織構系數的關系,給出了c420和c400與超聲波波速的表達式,該表達式的好處在于可消除密度及板材厚度對測量織構系數的影響,而且可使用一個探頭同時測得三種波速,使得測量結果更為精確；同時,本文還研究了當超聲波在立方晶粒正交金屬板材平面內沿任意方向入射時超聲波波速

3、及其偏振方向與織構系數的關系,采用線性化的辦法使得復雜的表達式變得簡潔。借助這些化簡后的表達式,給出了織構系數c420和c400的另一種表達式,同時給出了織構系數c440與超聲波波速的關系,并通過算例驗證了推導過程中的線性化對測量結果造成的影響可忽略不計。另外,本文通過多元函數求極值的辦法給出了織構系數的極值。
　　 本文利用超聲波設備RETIC-SNAP-5000借助電磁傳感器(EMAT)測量了2mm鋁板的織構系數c400和c

4、420,該試驗結果與復合材料壓電探頭(PZT)測量得到的鋁板織構系數結果一致,該試驗驗證了電磁傳感器測量金屬板材織構系數的可靠性。而且在織構系數的測量過程中,電磁傳感器可同時測量出沿厚度方向傳播的沿三個不同方向偏振的波(即偏振方向為厚度方向的縱波,偏振方向為壓制方向的橫波和偏振方向為橫向的橫波)傳播時間,相比復合材料壓電探頭而言,電磁傳感器測量的精確度更高。
　　 本文還采用回波法測量了特定方向超聲波在10mm鋼板試件中的傳播時