金屬板材織構(gòu)系數(shù)的超聲波測(cè)量.pdf

1、金屬板材是材料成形加工中常用的材料,化工設(shè)備多由金屬板材制成。在細(xì)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(zhì)的各向異性導(dǎo)致金屬多晶體材料的宏觀彈、塑性性質(zhì)不僅取決于單晶的材料性質(zhì),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(shù)(ODF)來表示,其系數(shù)稱為織構(gòu)系數(shù),織構(gòu)系數(shù)的超聲波測(cè)量可用于快速檢測(cè)材料在加工過程中的各向異性性質(zhì),指導(dǎo)金屬材料的加工生產(chǎn)。
　　 多晶體彈性本構(gòu)的各向異性直

2、接造成多晶體內(nèi)超聲波速的各向異性,如果能夠精確測(cè)量各向異性多晶體內(nèi)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(gòu)系數(shù)。本文研究了當(dāng)超聲波沿板材厚度方向傳播時(shí)超聲波速與織構(gòu)系數(shù)的關(guān)系,給出了c420和c400與超聲波波速的表達(dá)式,該表達(dá)式的好處在于可消除密度及板材厚度對(duì)測(cè)量織構(gòu)系數(shù)的影響,而且可使用一個(gè)探頭同時(shí)測(cè)得三種波速,使得測(cè)量結(jié)果更為精確；同時(shí),本文還研究了當(dāng)超聲波在立方晶粒正交金屬板材平面內(nèi)沿任意方向入射時(shí)超聲波波速

3、及其偏振方向與織構(gòu)系數(shù)的關(guān)系,采用線性化的辦法使得復(fù)雜的表達(dá)式變得簡(jiǎn)潔。借助這些化簡(jiǎn)后的表達(dá)式,給出了織構(gòu)系數(shù)c420和c400的另一種表達(dá)式,同時(shí)給出了織構(gòu)系數(shù)c440與超聲波波速的關(guān)系,并通過算例驗(yàn)證了推導(dǎo)過程中的線性化對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響可忽略不計(jì)。另外,本文通過多元函數(shù)求極值的辦法給出了織構(gòu)系數(shù)的極值。
　　 本文利用超聲波設(shè)備RETIC-SNAP-5000借助電磁傳感器(EMAT)測(cè)量了2mm鋁板的織構(gòu)系數(shù)c400和c

4、420,該試驗(yàn)結(jié)果與復(fù)合材料壓電探頭(PZT)測(cè)量得到的鋁板織構(gòu)系數(shù)結(jié)果一致,該試驗(yàn)驗(yàn)證了電磁傳感器測(cè)量金屬板材織構(gòu)系數(shù)的可靠性。而且在織構(gòu)系數(shù)的測(cè)量過程中,電磁傳感器可同時(shí)測(cè)量出沿厚度方向傳播的沿三個(gè)不同方向偏振的波(即偏振方向?yàn)楹穸确较虻目v波,偏振方向?yàn)閴褐品较虻臋M波和偏振方向?yàn)闄M向的橫波)傳播時(shí)間,相比復(fù)合材料壓電探頭而言,電磁傳感器測(cè)量的精確度更高。
　　 本文還采用回波法測(cè)量了特定方向超聲波在10mm鋼板試件中的傳播時(shí)