[发明专利]一种修正晶粒尺寸对金属塑性损伤测量影响的方法

说明书

本发明提出一种修正晶粒尺寸对金属塑性损伤测量影响的方法，属于超声波无损检测技术领域。该方法包括步骤：选取标定试样进行预处理；在无外加应力状态下，通过超声波测量得到标定试样的最大声波振幅值；在不同塑性变形量下，通过超声波测量得到标定试样的塑性损伤超声非线性系；以标定试样的最大声波振幅值和塑性损伤超声非线性系为自变量，塑性变形量为因变量，通过多元插值拟合得到塑性损伤函数；确定待测试样的最大声波振幅值和待测试样的塑性损伤超声非线性系，并将其代入塑性损伤函数中，计算出待测试样经过晶粒度修正后的塑性损伤值。该方法能修正由于晶粒尺寸大小不同所造成的非线性测量误差，从而较高精度地测量金属的非线性塑性损伤。

技术领域

本发明涉及一种修正晶粒尺寸对金属塑性损伤测量影响的方法，属于超声波无损检测技术领域。

背景技术

在工程应用中，大部分机械设备的零部件都是由金属材料通过加工制作而成，金属材料以其良好的物理性能、化学性能、力学性能以及工艺性能，已成为目前应用最为广泛的一种工程材料。在金属的实际服役期间内，因受到拉伸、压缩、交变载荷等各种载荷作用，将会导致早期损伤的出现，如塑性损伤和微裂纹等。塑性损伤是指材料在承受超过弹性极限的拉伸或压缩应力时产生塑性变形所引起的损伤，通常情况下，这些由于塑性变形所引起的位错集聚，发生在晶格边界处并进一步产生应力集中，进而产生微细裂纹的萌发，最终导致构件的失效，这些早期损伤的积累将给机械设备和工程带来重大安全隐患。

为防止设备部件失效造成的严重事故，能否有效地表征或评估金属材料服役损伤，并对其宏观缺陷产生前早期机械损伤进行正确检测，对于确保工程构件的安全服役至关重要。

超声波被广泛用于无损检测和结构健康监测领域中，超声导波被认为是最有前景之一的现场监控方法。材料存在塑性变形时，位错附近区域的应力应变呈非线性关系，使得传播至该区域的超声应力波出现非线性扰动，从而产生了以二次谐波为主的高次谐波。非线性超声检测方法正是基于材料的这一非线性特征以实现材料性能评估与微损伤识别，其本质上反映的是材料非线性对声波传播特性的影响。金属材料的塑性损伤与材料内部的微观组织结构存在密不可分的关系，材料微观组织结构会和传播于其内部的超声波互相作用影响，从而影响着测量结果。不同的微观组织存在晶粒尺寸的差异，即使相同材料在不同晶粒尺寸状态下，测量结果也会有较大偏差。现有的金属塑性损伤非线性测量技术，尚未考虑晶粒尺寸对测量值的影响，甚至忽略了晶粒尺寸的不同所引入的测量误差。本发明提出的测量方法将晶粒尺寸对金属塑性损伤测量结果的影响考虑其中，对于非线性超声实际测量结果具有修正作用，从而能减小测量误差，测得较高精度的金属塑性损伤结果。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种修正晶粒尺寸对金属塑性损伤测量影响的方法，该方法能修正由于晶粒尺寸大小不同所造成的非线性测量误差，从而较高精度地测量金属的非线性塑性损伤。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种修正晶粒尺寸对金属塑性损伤测量影响的方法，包括步骤：

S1、选取与待测试样同规格的4个以上标定试样，分别对所述标定试样进行热处理，得到具有不同晶粒尺寸的标定试样；所述具有不同晶粒尺寸的标定试样是指一个标定试样具有一种晶粒尺寸，各个标定试样之间具有不同的晶粒尺寸；

S2、在无外加应力状态下，通过超声波测量所述具有不同晶粒尺寸的标定试样，得到每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样的无损伤波形；由每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样的无损伤波形，分别计算出每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样的最大声波振幅值；

S3、对所述具有不同晶粒尺寸的标定试样进行塑性拉伸试验，并通过超声波测量所述具有不同晶粒尺寸的标定试样，得到每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样在不同塑性变形量下的塑性损伤波形；由每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样在不同塑性变形量下的塑性损伤波形，分别计算出每个所述具有不同晶粒尺寸的标定试样在不同塑性变形量下的塑性损伤超声非线性系数；