[发明专利]一种用于测量金属管材织构的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量金属材料织构的技术，特别涉及一种用于测量金属管材一类具有曲面形状材料的织构测试方法和装置。

背景技术

管道广泛服务于社会生产和生活的各个领域，而在管道工程中，金属管材占有毋庸置疑的主体地位，其中广为人们熟悉的是用于流体输送、受力结构制作、建筑装饰装修、装置及设备的内部管路、仪表用管及道路隔离栏杆等诸多方面。

钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面材料，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。

除了钢管之外，有色金属管材也被大量应用于各种特殊的工业领域和日常生活中。铜管导热性好，低温强度高，常用于制造换热设备(如冷凝器等)。也用于制氧设备中装配低温管路。直径小的铜管常用于输送有压力的液体(如润滑系统、油压系统等)和用作仪表的测压管等。铜管具备坚固、耐腐蚀的特性，而成为现代承包商在所有住宅商品房的自来水管道、供热、制冷管道安装的首选。铝管具有耐腐蚀、重量轻的性能，铝管广泛用于各行各业，如：汽车、轮船、航天、航空、电器、农业、机电、家居等，铝管于我们的生活已经无处不在。钛合金作为轻量化结构材料，以其优异的强重比和优异的综合性能，是航空工业中的先进材料，钛合金管路系统，如引气管路、液压管路、燃油管路等，是飞机的生命线，其性能的好坏直接影响飞机的整体性能。锆作为一种稀有战略金属，抗腐蚀性能和核性能等特性十分突出，锆管被广泛用在核工业和军工等领域。

金属单晶各向异性明显，铁[111]方向的弹性模量是280GPa，[001]方向为131GPa；对于钛，则平行于[0002]晶向的弹性模量E[0002]＝143.3GPa，而垂直于[0002]晶向上的弹性模量E⊥[0002]＝104.4GPa，热膨胀系数在上述两个方向差一倍等。单晶的各向异性有重要的实际意义，它会反映到具有择优取向的多晶材料上，织构成为决定多晶材料各向异性的重要因素之一。采用工业方法制备的金属管材，一般均有塑性变形过程(如轧制、拉拔、挤压)，易形成织构，且变形量越大，产生的织构越强烈，多晶材料的各向异性越明显。织构引起的择优取向会给成形加工带来问题，但同时利用织构也能强化合金，发挥材料潜力。尤其是高强度薄壁钛合金管材综合力学性能提高的关键和首要因素是控制材料中的织构。

只有准确测定金属管材的织构，才能清楚认识织构与力学性能的关系，从而开发出优化的管材制备工艺路线和获得稳定可靠的力学性能。这对加快高性能管材的研制和开发，充分发挥材料潜力，提高产品质量，具有重要意义。X射线法测定织构的原则是相对宏观坐标系的不同方向上的衍射强度只能是多晶体晶胞数量的反映，其他引起衍射强度变化的因素必须校正。目前X射线测量织构的原理和方法都局限在平板试样上，管材织构的测定也必须转化成平面试样。

N Naga i在(Texture Control of Zircaloy Tubing During Tube Reduction，Zirconium in the Nuclear Industry，Proceedings of the Fifth International Conference，Boston，1980：pp26-38)一文中提到采用化学腐蚀法对锆管减薄至0.09mm，然后剪开展平，作为X射线织构测试试样，这样把管材织构测试问题转变成平面试样。其原理是，减薄至一定厚度时，管材失去刚性，变为柔性材料，展平时锆管将不会发生塑性变形，而是纯弹性变形，那么在只有弹性变形的情况下管材展平后织构不会变化。该法需要长时间的化学腐蚀和精确控制减薄的厚度，并粘贴到平面基板上，十分耗时，而且不能完全保证变形中不改变织构。