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TC4钛合金显微组织对超声波探伤杂波水平的影响


 年来,人们开展了钛合金显微组织特征与杂波水平的关系研究,认为材料的超声探伤质量与显微组织不均匀等特征有关,但尚未明确提出基于材料学原理的影响关系。研究人员研究对比了几种具有不同超声探伤质量的TC4钛合金显微组织,通过EBSD对显微组织取向进行分析,基于材料学原理分析了钛合金组织对超声波探伤杂波水平的影响。

  实验所用TC4合金经β单相区开坯锻造后在α+β两相区轧制变形为70?L厚的板材,经退火后最终获得的组织为典型的等轴组织。对钛合金厚板沿厚度方向进行超声波检测,所用波型为纵波,频率为5MHz。对比试块的人工缺陷为平底孔,直径1.2mm。从超声探伤杂波水平不同的2个部位进行取样观察显微组织,取样尺寸为20mm×20mm×70mm(板厚)。其中1试块探伤杂波水平为Φ1.2mm-12dB,2试块为Φ1.2mm-4~-5dB,探伤杂波为-12dB的1试块杂波水平较低。通过探伤杂波定位可知,2个试块高杂波区域出现在试块的中间厚度处。为研究显微组织对超声探伤杂波水平的影响,沿试样厚度分层取样后在光学显微镜下观察了两种杂波水平试块不同厚度处的显微组织,并且重点观察了试块中间厚度附近区域的显微组织。将2试块沿垂直于厚度方向进行切片,其中在试块中心厚度区域相邻切片观察面的间距约为1.5mm,试块两端区域相邻切片观察面的间距约为4mm。1试块整体分层取样,相邻切片观察面的间距均为6mm。利用扫描电子显微镜背散射衍射(EBSD)技术,对典型区域显微组织进行了取向分析。

  实验还研究了原始β晶粒尺寸对超声波探伤杂波水平的影响。通过相变点以上不同温度热处理获得了两种原始β晶粒尺寸差异较大的试块,两种热处理制度分别为:(1)1300℃/1h,FC;(2)1000℃/1h,FC。试块经热处理、去氧化皮精磨后最终尺寸为Φ120?L×20?L,然后对这两种晶粒尺寸不同的试块进行超声波检测。试验结果:

  (1)试块显微组织不均匀区分布越密集时探伤杂波越高,相邻不均匀区晶体取向存在差异。

  (2)由于不均匀区域尺寸大于超声波临界检测下限,且相邻不均匀区域弹性性质具有差异(如晶体取向差异),造成不均匀区域界面两侧声速及声阻抗不同,导致超声波在界面处发生反射,产生杂波。

  (3)相同厚度的试块具有较粗大原始β晶粒的合金存在较少的界面(如β晶界和α晶团界面),超声波发生反射产生杂波的次数较少,从而产生的杂波水平低于具有较小原始β晶粒的试块。


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