CN109030541B - 一种间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法及应用。本发明间接测定形变铝合金塑性变形能力的方法具体为：测定形变铝合金的微波共振吸收强度；测定形变铝合金的延伸率；建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型：通过回归分析，确定出I与δ的关系式，建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型；测定待测形变铝合金的塑性变形能力：将清洗干净的待测形变铝合金进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金微波共振吸收强度I 1 ，计算出延伸率δ 1 用于表征材料的塑性变形能力。本发明的测定方法属于无损检测，不破坏试样，减少材料的消耗；可通过重复测量消除实验误差。本发明采用电子顺磁共振波谱检测，可靠性高，可规模化应用。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法及应用。
背景技术
材料的塑性变形能力是材料性能中的主要方面，目前主要通过拉伸实验得到材料的拉伸性能，主要通过延伸率和断面收缩率等来表征材料的塑性变形能力，此时需要加工符合标准的拉伸试样，要求提供一定尺寸和一定质量的待测试材料，需要消耗相对大量的原材料；拉伸实验属于破坏性实验，而且在试样加工过程中容易使试样中存在加工应力，实验结果误差偏高；同时由于材料内部的差异性，在实际应用时检测部分难免出现误差，这就对实验条件及材料的取样提出了较高的要求，所以，现有技术中测量材料塑性变形能力的方法采用标准拉伸实验有许多不足之处，需要随着现有技术的发展，发明一种检测材料塑性变形能力的新方法。
电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)波谱技术是现代新材料的性能测试手段之一，是一项检测含有未成对电子样品的波谱方法；EPR现象最早是由前苏联学家Е.K.扎沃伊斯基在1944年从顺磁性盐类中发现的；最初EPR技术主要应用于研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题，主要应用在微结构研究领域，经文献检索，没有报道将电子顺磁共振波谱检测用于确定金属材料的机械性能；由于金属材料的性能与材料结构之间存在联系，因此，通过材料微结构的研究，发明一种检测材料机械性能的方法值得尝试。
发明内容
本发明的目的是利用现代化的分析检测新方法，通过研究材料的微结构与宏观机械性能之间的联系，提供一种简单、高效、准确率高的间接测定形变铝合金塑性变形能力的方法，以克服现有技术采用标准拉伸实验存在的不足，包括：破坏性实验及误差大、测量成功率低等难以解决的问题。
具体的，本发明采取的技术方案为：
(1)测定形变铝合金的微波共振吸收强度：
对清洗干净的形变铝合金表面进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I来表征；
(2)测定形变铝合金的延伸率：
对形变铝合金进行标准拉伸实验，测定形变铝合金的延伸率δ；
(3)建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型：
通过回归分析，确定出I与δ的关系式，建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型为：δ(％)＝a+bI；
其中，I为形变铝合金的微波共振吸收强度，δ为形变铝合金的延伸率，a、b为回归系数；
(4)测定待测形变铝合金的塑性变形能力：
将清洗干净的待测形变铝合金进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I1来表征，根据步骤(3)得到的形变铝合金塑性变形能力的测定模型，计算出延伸率δ1用于表征材料的塑性变形能力。
步骤(1)中，所述电子顺磁共振波谱检测采用电子顺磁共振波谱仪进行；所述电子顺磁共振波谱仪的具体参数为：磁场强度是14500G，磁体分辨率为10mG，校准微波功率200mW。
步骤(3)中，所述形变铝合金塑性变形能力的测定模型为δ(％)＝9.9835+5I×10-5，其中，I为形变铝合金的微波共振吸收强度，δ为形变铝合金的延伸率。
本发明提供了一种间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法的应用，所述方法用于测定延伸率介于9.98％—17.2％之间的形变铝合金的塑性变形能力。
与现有的技术相比较，本发明的有益效果体现如下：
(1)本发明的测定方法属于无损检测，不属于破坏性实验，相比现有技术采用拉伸实验测量而言，由于拉伸实验要将试样拉断，试样完全破坏，而本发明仅需要一个小面积干净光洁的金属表面，不破坏试样，减少材料的消耗。
(2)由于本发明不破坏试样，所以可以通过重复多次测量以消除实验误差，现有技术采用拉伸实验，只能一次测量，实验偶然性高，误差大，实验失败率也高，多次测量时需要加工多个试样。
(3)本发明基于金属材料的电子顺磁共振波谱检测，数据稳定，可靠性高，而且试样加工简单，试样加工过程不会使材料产生加工应力，克服了现有技术采用拉伸实验时试样加工过程切割、打磨产生的加工应力，这个加工应力对实验结果影响明显，因此，本发明克服了现有技术采用拉伸实验难以克服的问题。
附图说明
图1为本发明的形变铝合金塑性变形能力的测定模型。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
本发明采用电子顺磁共振波谱测试材料内部的未成对电子数，通过本发明提供的未成对电子数与延伸率之间的定量关系，确定表征金属材料的塑性变形能力的参数即延伸率。
本发明的方法适用于延伸率介于9.98％—17.2％之间的形变铝合金的塑性变形能力，相应的对材料进行电子顺磁共振波谱检测得到的微波共振吸收强度I介于0-160000之间。
实施例1：
(1)测定形变铝合金的微波共振吸收强度：
所用铝合金均为形变铝合金，包括2系2024、5系5085、6系6063和7系7055四组各25个铝合金样品，检测前清理形变铝合金试样的表面，去除表面油污；对清洗干净的形变铝合金试样表面采用电子顺磁共振波谱仪检测形变铝合金试样的电子顺磁共振波谱，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I来表征；
电子顺磁共振波谱仪是由德国布鲁克公司生产的A300-10/12电子顺磁共振波谱仪，设备包括四部分：提供共振频率的电磁波发生器；由电磁铁提供稳定磁场；使样品处于磁场和电磁波都合适方向的样品谐振腔；包括检波器、放大器、记录器在内的检测系统；磁场强度是14500G(高斯)，磁体分辨率为10mG，校准微波功率200mW。
(2)测定形变铝合金的延伸率：
对2系2024、5系5085、6系6063和7系7055四组各25个铝合金样品进行标准拉伸实验，测定形变铝合金的延伸率δ。
(3)建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型：
通过回归分析，确定出I与δ的关系式，建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型为：δ(％)＝9.9835+5I×10-5，回归分析的R2＝0.9999，具有较高的可信度。
(4)测定待测形变铝合金的塑性变形能力：
将清洗干净的2系2024、5系5085、6系6063和7系7055的四组待测形变铝合金试样，进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I1来表征，根据步骤(3)得到的形变铝合金塑性变形能力的测定模型，计算出延伸率δ1用于表征材料的塑性变形能力；同时，对四组待测形变铝合金试样进行标准拉伸实验，测定出按标准拉伸实验测定的材料延伸率δ2，由于标准拉伸实验属于破坏性实验，通过5次测量求平均值的方法确定出每一组试样的延伸率δ2。
表1本发明的四组铝合金样品的性能参数
由于δ2的测定本发明采用了5次实验求平均值，具有较高的可信度，由表1的结果可知，本实验的结果与标准拉伸实验结果的相差小于1％，也说明本方法具有很好的可靠性；另外，由于本方法测定I1时，只要波谱稳定即可得出稳定的I1，因此实验结果稳定，重复实验时，结果重现性好，比现有技术采用拉伸试样具有显著优势，在实验加工及检测分析等环节，都具有结果稳定可靠、检测效率高、试样消耗少成本低等优势，值得推广。
Claims (7)
1.一种间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测定形变铝合金的微波共振吸收强度：
(2)测定形变铝合金的延伸率：
(3)建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型：具体为：通过回归分析，确定出I与δ的关系式，建立形变铝合金塑性变形能力的测定模型为：δ(％)＝a+bI；其中，I为形变铝合金的微波共振吸收强度，δ为形变铝合金的延伸率，a、b为回归系数；
所述形变铝合金塑性变形能力的测定模型为δ(％)＝9.9835+5I×10-5，其中，I为形变铝合金的微波共振吸收强度，δ为形变铝合金的延伸率；
(4)测定待测形变铝合金的塑性变形能力。
2.根据权利要求1所述的间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：对清洗干净的形变铝合金表面进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I来表征。
3.根据权利要求2所述的间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电子顺磁共振波谱检测采用电子顺磁共振波谱仪进行。
4.根据权利要求3所述的间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电子顺磁共振波谱仪的具体参数为：磁场强度是14500G，磁体分辨率为10mG，校准微波功率200mW。
5.根据权利要求1所述的间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：对形变铝合金进行标准拉伸实验，测定形变铝合金的延伸率δ。
6.根据权利要求1所述的间接检测形变铝合金塑性变形能力的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：将清洗干净的待测形变铝合金进行电子顺磁共振波谱检测，获得合金内部的未成对电子数特征，用微波共振吸收强度I1来表征，根据步骤(3)得到的形变铝合金塑性变形能力的测定模型，计算出延伸率δ1用于表征材料的塑性变形能力。
7.如权利要求1-6任意一项所述的方法用于测定延伸率介于9.98％—17.2％之间的形变铝合金的塑性变形能力。
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