CN111351859A - 一种织构的超声评价方法 - Google Patents

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王晓滨
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Abstract

本发明公开了一种织构的超声评价方法，采用超声水浸法对待测件进行声速C扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异，再进行底波幅值扫查，根据声速C扫查与底波幅值扫查结果从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置；测量超声波在待测件不同方向的波速度绘制超声极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构，按照本发明所述方法能从微观和宏观两个角度全面评价钛合金织构，且从微观角度对钛合金织构评价时，只需测量超声波沿钛合金不同方向传播的速度，便可得到极图，最终用于评价钛合金织构，本发明所述方法操作简单，高检测效率是其他方法不能实现的。

Description

一种织构的超声评价方法
技术领域
本发明属于材料检测评价技术领域，具体涉及一种织构的超声评价方法。
背景技术
钛合金在航空航天领域有着广泛的应用，但织构的存在会使其产生局部趋近于单晶的特性，这样不仅在强度、塑性、韧性等方面表现出较明显的各向异性，而且具有强烈且单一类型织构的位置容易萌生疲劳裂纹，导致钛合金制件在使用过程中提前失效，对产品的可靠性及安全性造成严重危害，因此有一种对于钛合金织构评价的方法是必要的。现在对于织构的评价通常采用XRD与EBSD等方式，但其都是从微观角度进行分析，而且须取样分析并对材料进行破坏是无法避免的。但采用超声法不仅可以从宏观角度分析织构的分布，还可以从微观角度分析织构类型并做出极图。
发明内容
本发明的目的是提供一种织构的超声波评价方法，可从宏观和微观两个角度全面的评价钛合金中织构的分布、类型及其强度。本发明通过钛合金中超声波传播速度从宏观进行评价，再通过超声法极图从微观角度进行评价。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种织构的超声评价方法，包括以下步骤：
步骤1，采用超声水浸法对待测件进行声速C扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异，再进行底波幅值扫查，根据声速C扫查与底波幅值扫查结果从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置；
对比声速C扫查与底波幅值扫查结果，如在某一区域中声速C扫查存在差异，且该区域底波幅值扫查未发现变化，则在声速C扫查存在差异的区域存在织构；如果不出现声速变化，则待测件该区域无织构；
步骤2，测量超声波在待测件不同方向的波速度，根据测量出不同方向上的速度可以计算织构系数，再将计算出的织构系数带入下公式即可计算出极图，
Figure BDA0002434222210000021
其中，q(ξ,η)表示织构强度，Pl m为归一化Legendre勒让德函数，ξ＝cosχ，χ，η分别为极角与方位角，S4为与极图相关的常数；将强度q(ξ,η)绘制出来即为超声波极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构。
待测件为待测件表面粗糙度优于Ra6.3。
步骤1中，用10MHz平探头对钛合金进行声速C扫描声速成像。
步骤1中，平探头的角度与待测件表面垂直。
步骤1中，声速扫查时，调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波与二次底波，将采样闸门分别置于一次底波与二次底波上；调节超声波检测仪增益值，使二次底波幅值调达到满屏高度的40％。
步骤1中，底波幅值C扫描时，调节探头角度，使探头角度与表面垂直；调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波；调节超声波检测仪增益值，使一次底波幅值调达到满屏高度的80％。
步骤2中，检测超声波在待测件不同方向的6个波速，波速为超声波纵波速度和超声波横波速。
步骤2中，超声波纵波速度采用纵波直探头测量，超声波横波速度则采用横波直探头进行测量。
步骤2中，用游标卡尺测量待测件各方向的尺寸x，采用超声波脉冲反射法，读取一次底波与二次底波之间的传播时间t，计算出沿该方向传播的速度c＝x/t。
步骤2中，极图<200>方向上S4＝2π，在<110>方向上S4＝-1/2π，<111>方向S4＝-4/3π。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
采用超声水浸法对钛合金制件进行声速扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置；根据测得超声波速度绘制超声极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构；按照本发明所述方法能从微观和宏观两个角度全面评价钛合金织构，且从微观角度对钛合金织构评价时，只需测量超声波沿钛合金不同方向传播的速度，便可得到极图，最终用于评价钛合金织构，该方法操作简单，高检测效率是其他方法不能实现的，并且本发明所述方法对待测件进行声速扫查，
附图说明
图1为本发明所述流程图。
图2为声速C扫查图像。
图3为底波幅值扫查图像。
图4为测量速度方向示意图。
图5为某试件<110>超声法极图。
图6为xrd所测极图与本发明所述方法测得极图对比。
具体实施方式
下面结合实施例以及附图对本发明进一步阐述。
参考图1，一种织构的超声评价方法，包括以下步骤：
步骤1，采用超声水浸法对待测件进行声速C扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异，再进行底波幅值扫查，根据声速C扫查与底波幅值扫查结果从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置；
对比声速C扫查与底波幅值扫查结果，如在某一区域中声速C扫查存在差异，且该区域底波幅值扫查未发现变化，则在声速C扫查存在差异的区域存在织构；如果不出现声速变化，则待测件该区域无织构；
步骤2，测量超声波在待测件不同方向的波速度，根据测量出不同方向上的速度可以计算织构系数，再将计算出的织构系数带入下公式即可计算出极图，
Figure BDA0002434222210000041
其中，q(ξ,η)表示织构强度，Pl m为归一化Legendre勒让德函数，ξ＝cosχ，χ，η分别为极角与方位角，S4为与极图相关的常数；将强度q(ξ,η)绘制出来即为超声波极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构。
步骤1中，待测件为待测件表面粗糙度优于Ra6.3；用10MHz平探头对钛合金进行声速C扫描声速成像，平探头的角度与待测件表面垂直。
步骤1中，声速扫查时，调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波与二次底波，将采样闸门分别置于一次底波与二次底波上；调节超声波检测仪增益值，使二次底波幅值调达到满屏高度的40％；底波幅值C扫描时，调节探头角度，使探头角度与表面垂直；调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波；调节超声波检测仪增益值，使一次底波幅值调达到满屏高度的80％。
步骤2中，检测超声波在待测件不同方向的6个波速，波速为超声波纵波速度和超声波横波速；超声波纵波速度采用纵波直探头测量，超声波横波速度则采用横波直探头进行测量；用游标卡尺测量待测件各方向的尺寸x，采用超声波脉冲反射法，读取一次底波与二次底波之间的传播时间t，计算出沿该方向传播的速度c＝x/t。
步骤2中，极图<200>方向上S4＝2π，在<110>方向上S4＝-1/2π，<111>方向S4＝-4/3π。
(1)宏观评价钛合金织构：采用超声水浸法对钛合金制件进行声速扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置。
(2)超声法极图：根据测得超声波速度绘制超声极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构
具体操作如下：
1、钛合金织构的宏观评价：
用超声波水浸法，采用10MHz平探头对钛合金进行声速C扫描声速成像，具体方法如下：调节探头角度，使探头角度与表面垂直；调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波与二次底波，将采样闸门分别置于一次底波与二次底波上；调节超声波检测仪增益值，使二次底波幅值调达到满屏高度的40％，即可开始扫描，结果如图2所示，中部线框中即有织构的地方区域。
如发现声速C扫描图中存在差异，则对该钛合金制件进行底波幅值C扫描，操作方法如下：调节探头角度，使探头角度与表面垂直；调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波；调节超声波检测仪增益值，使一次底波幅值调达到满屏高度的80％，即可开始扫描，结果如图3所示，中部线框中有织构；
对比两次扫查结果，如在某一区域中声速C扫查存在明显差异，且该区域底波幅值扫查未发现变化，则在声速C扫查存在差异的区域存在织构。在钛合金制件上标注出超声C扫描声速成像差异区域，即可标注出该制件中织构存在位置。
2、超声极图法：
测量超声波在某个区域中沿不同方向传播的6个速度，分别为c11、c22、c33、c12、c13、c23；cij中i表示超声波传播方向，j表示超声波振动方向，i＝j时为超声波纵波速度，i≠j时为超声波横波速，其中1、2和3表示方向如图4所示。
具体测量方法为用游标卡尺量出各个方向上的尺寸x；采用超声波脉冲反射法，读取一次底波与二次底波之间的传播时间t；计算出沿该方向传播的速度c＝x/t。纵波速度采用纵波直探头测量，横波速度则采用横波直探头进行测量。
根据测量出不同方向上的速度可以计算织构系数；
Figure BDA0002434222210000061
Figure BDA0002434222210000062
Figure BDA0002434222210000063
Figure BDA0002434222210000064
Figure BDA0002434222210000065
Figure BDA0002434222210000066
Figure BDA0002434222210000067
Figure BDA0002434222210000068
ρ是待测件材料密度，C0ij是单晶(材料手册可查)，Cδ＝C011-C012-2C044,任意联立三个含W400、W420和W440的计算式，即可计算出织构系数W400、W420和W440
再将计算出的织构系数带入下公式即可计算出相关极图，
Figure BDA0002434222210000069
其中，q(ξ,η)表示织构强度，Pl m为归一化Legendre勒让德函数，ξ＝cosχ，χ，η分别为极角与方位角，极图<200>方向上S4＝2π，在<110>方向上S4＝-1/2π，<111>方向S4＝-4/3π。将强度q(ξ,η)绘制出来即为超声波极图；进一步的，将所述计算方法载入计算机，将所测各个方向上的速度输入计算机，即可绘制出不同方向上的极图，超声极图如图5所示，超声极图中颜色代表织构的强度，越偏红色系表示为织构越强的区域，偏蓝色的则表示织构较弱的区域，极图中单位面积上密度线的多少表示织构的密度。根据超声法极图可确定钛合金织构的方向，强度及其织构密度。
参考图6，左半部为xrd所测极图结果，右半部为本发明所述方法测得极图，图6显示两种方法测得结果高度接近，且最大织构强度位置一致，即图6中方框处。

Claims (10)

1.一种织构的超声评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用超声水浸法对待测件进行声速C扫查与底波幅值扫查，根据声速扫查C扫图像结果差异，再进行底波幅值扫查，根据声速C扫查与底波幅值扫查结果从宏观角度评价钛合金中织构否存在晶粒取向差异以及强织构分布位置；
对比声速C扫查与底波幅值扫查结果，如在某一区域中声速C扫查存在差异，且该区域底波幅值扫查未发现变化，则在声速C扫查存在差异的区域存在织构；如果不出现声速变化，则待测件该区域无织构；
步骤2，测量超声波在待测件不同方向的波速度，根据测量出不同方向上的速度可以计算织构系数，再将计算出的织构系数带入下公式即可计算出极图，
Figure FDA0002434222200000011
其中，q(ξ,η)表示织构强度，Pl m为归一化Legendre勒让德函数，ξ＝cosχ，χ，η分别为极角与方位角，S4为与极图相关的常数；将强度q(ξ,η)绘制出来即为超声波极图，根据极图的离散程度以及强度分析所测钛合金织构。
2.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，待测件为待测件表面粗糙度优于Ra6.3。
3.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤1中，用10MHz平探头对钛合金进行声速C扫描声速成像。
4.根据权利要求2所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤1中，平探头的角度与待测件表面垂直。
5.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤1中，声速扫查时，调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波与二次底波，将采样闸门分别置于一次底波与二次底波上；调节超声波检测仪增益值，使二次底波幅值调达到满屏高度的40％。
6.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤1中，底波幅值C扫描时，调节探头角度，使探头角度与表面垂直；调整超声波探伤仪，使A扫屏幕中出现一次底波；调节超声波检测仪增益值，使一次底波幅值调达到满屏高度的80％。
7.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤2中，检测超声波在待测件不同方向的6个波速，波速为超声波纵波速度和超声波横波速。
8.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤2中，超声波纵波速度采用纵波直探头测量，超声波横波速度则采用横波直探头进行测量。
9.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤2中，用游标卡尺测量待测件各方向的尺寸x，采用超声波脉冲反射法，读取一次底波与二次底波之间的传播时间t，计算出沿该方向传播的速度c＝x/t。
10.根据权利要求1所述的织构的超声评价方法，其特征在于，步骤2中，极图<200>方向上S4＝2π，在<110>方向上S4＝-1/2π，<111>方向S4＝-4/3π。
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