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TC4鈦合金材料顯微組織對超聲波探傷雜波水平的影響

發布時間 :2019-10-22 23:00:14 瀏覽次數 :

近年來,人們開展了鈦合金顯微組織特征與雜波水平的關系研究,認為材料的超聲探傷質量與顯微組織不均勻等特征有關,但尚未明確提出基于材料學原理的影響關系。研究人員研究對比了幾種具有不同超聲探傷質量的TC4鈦合金顯微組織,通過EBSD對顯微組織取向進行分析,基于材料學原理分析了鈦合金組織對超聲波探傷雜波水平的影響。

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實驗所用TC4合金經β單相區開坯鍛造后在α+β兩相區軋制變形為70㎜厚的板材,經退火后最終獲得的組織為典型的等軸組織。對鈦合金厚板沿厚度方向進行超聲波檢測,所用波型為縱波,頻率為5MHz。對比試塊的人工缺陷為平底孔,直徑1.2mm。從超聲探傷雜波水平不同的2個部位進行取樣觀察顯微組織,取樣尺寸為20mm×20mm×70mm(板厚)。其中1試塊探傷雜波水平為Φ1.2mm-12dB,2試塊為Φ1.2mm-4~-5dB,探傷雜波為-12dB的1試塊雜波水平較低。通過探傷雜波定位可知,2個試塊高雜波區域出現在試塊的中間厚度處。為研究顯微組織對超聲探傷雜波水平的影響,沿試樣厚度分層取樣后在光學顯微鏡下觀察了兩種雜波水平試塊不同厚度處的顯微組織,并且重點觀察了試塊中間厚度附近區域的顯微組織。將2試塊沿垂直于厚度方向進行切片,其中在試塊中心厚度區域相鄰切片觀察面的間距約為1.5mm,試塊兩端區域相鄰切片觀察面的間距約為4mm。1試塊整體分層取樣,相鄰切片觀察面的間距均為6mm。利用掃描電子顯微鏡背散射衍射(EBSD)技術,對典型區域顯微組織進行了取向分析。

實驗還研究了原始β晶粒尺寸對超聲波探傷雜波水平的影響。通過相變點以上不同溫度熱處理獲得了兩種原始β晶粒尺寸差異較大的試塊,兩種熱處理制度分別為:

(1)1300℃/1h,FC;

(2)1000℃/1h,FC。試塊經熱處理、去氧化皮精磨后最終尺寸為Φ120㎜×20㎜,然后對這兩種晶粒尺寸不同的試塊進行超聲波檢測。試驗結果:

(1)試塊顯微組織不均勻區分布越密集時探傷雜波越高,相鄰不均勻區晶體取向存在差異。

(2)由于不均勻區域尺寸大于超聲波臨界檢測下限,且相鄰不均勻區域彈性性質具有差異(如晶體取向差異),造成不均勻區域界面兩側聲速及聲阻抗不同,導致超聲波在界面處發生反射,產生雜波。

(3)相同厚度的試塊具有較粗大原始β晶粒的合金存在較少的界面(如β晶界和α晶團界面),超聲波發生反射產生雜波的次數較少,從而產生的雜波水平低于具有較小原始β晶粒的試塊。

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