一种超声检测金属材料织构方法技术

本发明专利技术涉及一种超声检测金属材料织构方法，属于材料表征领域，解决了现有技术中金属材料厚大、样品织构体信息的快速获取难的问题。该方法包括：步骤1、样品加工处理；步骤2、超声声速检测；在每个样品的轧向表面和法向表面均匀采集，得到125行

【技术实现步骤摘要】
一种超声检测金属材料织构方法


[0001]本专利技术涉及织构表征
，尤其涉及一种超声检测金属材料织构方法。

技术介绍

[0002]多晶材料制备加工过程中常出织构现象，织构作为一种特殊的组织结构是导致多晶材料力学性能各向异性的重要原因。
[0003]在研究多晶材料各向异性的过程中，常用的表征方法有X射线织构检测技术(XRD法)、电子背散射衍射技术(EBSD法)和中子衍射法。XRD法及EBSD法主要检测样品表层织构信息，XRD法统计性好，EBSD法精度高，中子衍射法可对样品体信息进行采集，但是，这三种表征方法的检测条件要求较高，且中子衍射法检测后样品具有放射性。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种超声检测金属材料织构方法，用以解决现有多晶材料力学性能各向异性的表征方法的检测要求较高，且检测后样品具有放射性的技术问题。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种超声检测金属材料织构方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、样品加工处理；
[0008]步骤2、超声声速检测；
[0009]在每个样品的轧向表面和法向表面均匀采集数据，得到125行
×
125列超声信号；
[0010]步骤3、超声声速与偏转角度拟合；
[0011]提取采集的125行
×
125列超声信号中心区域60行
×
60列数据用于后续分析处理，对处理结果使用Origin绘制4组轧向平均声速与偏转角度关系曲线并绘制4组法向平均声速与偏转角度关系曲线，并拟合偏转角度、平均声速方程，得到以声速为自变量、偏转角度为因变量数学关系，即拟合方程；
[0012]步骤4、声速转化偏转角度及匹配；
[0013]将轧向声速数据代入相应拟合方程中，使用声速求取偏转角度，得到60
×
60个轧向偏转角度数据，定义其为α角；
[0014]将法向声速数据代入相应拟合方程中，使用声速求取偏转角度，得到60
×
60个法向偏转角度数据，定义其为γ角；
[0015]然后使用轧向偏转角度的每一行数据分别与法向60行
×
60列的每一行数据进行匹配，共得到60
×
60
×
60个(α，γ)偏转角度组合；
[0016]步骤5、欧拉角转化及取向信息可视化；
[0017]先获取欧拉角数据，然后将欧拉角数据导入织构分析软件TSL OIM Analysis，得到计算结果极图，实现信息可视化。
[0018]进一步地，在步骤2中，采集完超声信号后，使用MATLAB编程，对每个超声信号进行
读取，通过程序依次读取一次底面波峰时间节点和二次底面波峰值节点，对两数据峰值时间节点的差值与设备采样频率进行求商，获得超声穿透样品时间差。
[0019]进一步地，在步骤2中，获得超声穿透样品时间差后，使用螺旋测微计测量样品轧向平面与法向平面边部及中心五点厚度，并求平均值，使用两倍厚度与时间差求商，可得数据各点声速，取中心区域60行
×
60列组数据作为计算数据。
[0020]进一步地，在步骤3中，超声声速与偏转角度拟合的过程为：将0
°
、30
°
、60
°
、90
°
四个偏转角度样品轧向声速、法向声速分别进行汇总，并分别求取声速平均值；使用Origin绘制4组轧向平均声速与偏转角度关系曲线、绘制4组法向平均声速与偏转角度关系曲线，并拟合偏转角度、平均声速方程，得到以声速为自变量、偏转角度为因变量数学关系。
[0021]进一步地，在步骤3中，金属材料为工业纯钛TA2热轧板；
[0022]对于工业纯钛TA2热轧板的轧向数据，得到声速x与偏转角度y关系：
[0023][0024]函数区间为6031＜x＜6129
[0025]if x≥6129 y＝0；if x≤6031 y＝90；
[0026]将声速值代入该方程可得到相应的偏转角度。
[0027]进一步地，在步骤3中，对于工业纯钛TA2热轧板的法向数据，得到声速值x与偏转角度y关系：
[0028]y＝0.946x
‑
5662.626 函数区间为6044＜x＜6081
[0029]if x≥6081 y＝90；if x≤6044 y＝55；
[0030]将声速值x代入该方程可得到相应的偏转角度。
[0031]进一步地，在步骤3中，对提取采集的125行
×
125列超声信号中心区域60行
×
60列数据用于后续分析处理时，处理过程为：使用2D核密度函数对提取后的数据分布情况进行汇总，排除超出数据平均值5％的数值，分别求取8组数据平均值。
[0032]进一步地，定义标准晶体坐标，将样品检测点的实测空间坐标依次绕z轴旋转度、绕x轴旋转Φ度、绕z轴旋转度后与标准晶体取向重合；
[0033]获取欧拉角数据的过程为：
[0034]根据欧拉角原理，欧拉角Φ＝α，由于垂直于c轴方向各向同性，所以偏转角度的取值理论上无法确定，即只可得到(0001)极图，角的取值对其无影响，值定义为任意值，得到欧拉角数据，即60
×
60
×
60组欧拉角。
[0035]进一步地，在步骤2中，超声声速检查的过程为：
[0036]使用超声波扫描显微镜对样品检测表面进行C扫，并对样品表面超声信号数据进行采集；然后使用水浸法对4组样品的法向和轧向表面进行C描，扫描区域覆盖整个样品表面，在每个样品的轧向表面和法向表面均匀采集125行
×
125列超声信号，完成采集后，共获得4组样品的两方向共8组数据。
[0037]进一步地，在步骤1中，样品加工处理过程为：
[0038]使用机械加工中心对样品表面进行加工，将样品表面加工至粗糙度为Ra1.6及以
上；使用线切割沿与样品轧向夹角为0
°
、30
°
、60
°
、90
°
方向取样，并使用加工中心将样品加工为立方体，在样品表面对轧向、法向、法向进行标注。
[0039]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0040](1)国内外常使用超声声速信息推导取向分布函数中包含织构取向信息的四阶织构系数的方法来反映样品的织构情况，该方法主要得出的是四阶织构系数，无极图及ODF等常用织构信息可视化表征方法，结果不够直观，除此之外，展开级数为四阶，精度较差。与现有技术相比，本专利技术得到的是检测样品各点的欧拉角，即织构信息；表征方法是拟合超声纵波声速与偏转角度关系，将纵波声速代入拟合方程，得到偏转角度，偏转角度匹配后得到欧拉角；结果评价为将拟合出来的极图对照目前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声检测金属材料织构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、样品加工处理；步骤2、超声声速检测；在每个样品的轧向表面和法向表面均匀采集数据，得到125行
×
125列超声信号；步骤3、超声声速与偏转角度拟合；提取采集的125行
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125列超声信号中心区域60行
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60列数据用于后续分析处理，对处理结果使用Origin绘制4组轧向平均声速与偏转角度关系曲线和绘制4组法向平均声速与偏转角度关系曲线，绘制后拟合偏转角度、平均声速方程，得到以声速为自变量、偏转角度为因变量的拟合方程；步骤4、声速转化偏转角度及匹配；将轧向声速数据代入相应拟合方程中，使用声速求取偏转角度，得到60
×
60个轧向偏转角度数据，定义其为α角；将法向声速数据代入相应拟合方程中，使用声速求取偏转角度，得到60
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60个法向偏转角度数据，定义其为γ角；然后使用轧向偏转角度数据的每一行数据分别与法向60行
×
60列的每一行数据进行匹配，共得到60
×
60
×
60个(α，γ)偏转角度组合；步骤5、欧拉角转化及取向信息可视化；先获取欧拉角数据，然后将欧拉角数据导入织构分析软件TSL OIM Analysis，得到计算极图，实现取向信息可视化。2.根据权利要求1所述的超声检测金属材料织构方法，其特征在于，在所述步骤2中，采集完超声信号后，使用MATLAB编程，对每个超声信号进行读取，通过程序依次读取一次底面波峰时间节点和二次底面波峰值节点，对两数据峰值时间节点的差值与设备采样频率进行求商，获得超声穿透样品时间差。3.根据权利要求2所述的超声检测金属材料织构方法，其特征在于，在所述步骤2中，获得超声穿透样品时间差后，使用螺旋测微计测量样品轧向平面与法向平面边部及中心五点厚度，并求平均值，使用两倍厚度与时间差求商，可得数据各点声速，取中心区域60行
×
60列组数据作为计算数据。4.根据权利要求3所述的超声检测金属材料织构方法，其特征在于，在所述步骤3中，超声声速与偏转角度拟合的过程为：将0
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、30
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、60
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、90
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四个偏转角度样品轧向声速、法向声速分别进行汇总，并分别求取声速平均值；使用Origin绘制4组轧向平均声速与偏转角度关系曲线、绘制4组法向平均声速与偏转角度关系曲线，并拟合偏转角度、平均声速方程，得到以声速为自变量、偏转角度为因变量数学关系。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳张衡，颜孟奇，沙爱学，岳春华，李勇，张毅，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：