[发明专利]一种基于表面波的金属增材制件晶粒尺寸的无损评定方法

说明书

本发明公开了一种基于激光超声表面波的金属增材制件晶粒尺寸无损评定方法，该方法通过不同制备工艺或者不同的热处理方法得到晶粒尺寸梯度分布试样；在每一个试样上设置相同距离的探测点，采集每个探测点的表面波信号，对采集的信号进行降噪处理并推算出表面波衰减规律；基于表面波在金属增材制件中的衰减规律，分析表面波衰减系数与平均晶粒尺寸的关系，建立基于实验的表面波衰减系数与平均晶粒尺寸多项式函数拟合模型，利用该模型，采用表面波对待测样品进行检测即可得到金属增材制件的晶粒尺寸。

技术领域

本发明涉及一种基于表面波的金属增材制件晶粒尺寸的无损评定方法，尤其涉及一种提高了晶粒尺寸实验结果的精度，降低了系统实验误差，提高了超声评价材料晶粒尺寸的可行性的基于表面波的金属增材制件晶粒尺寸的无损评定方法。

背景技术

晶粒尺寸的大小对金属材料的机械性能、物理性能以及工艺性能有直接的影响，是反应材料微观结构的一个重要参数。霍尔-佩奇公式中解释了金属材料晶粒尺寸与其屈服强度之间的关系，金属材料晶粒尺寸越小，其屈服强度越大。尤其对于增材制造领域，由于其本身制造的特点，对于材料的硬度、塑性、韧性、蠕变性能、疲劳强度以及可成形性有很高的要求，所以对于增材制件晶粒度快速有效的检测是非常必要的。目前对于金属材料的晶粒度的检测一般分为有损检测和无损检测两种；有损检测包括传统的金相法和电子背散射衍射法，这两种方法具有检测结果客观和精度较高的优点，但是检测时都需要繁琐的准备工作，检测效率低，必须破坏工件。

无损检测一般采用X射线法和超声法，射线法根据衍射斑点的大小作为晶粒度评定的参考，但检测结果受设备和检测参数的影响较大。相对X射线检测，超声检测速度快，灵敏度高，尤其对于激光超声技术弥补了传统超声探头带来耦合误差。目前超声技术大多采用纵波来检测材料晶粒尺寸，但是对于快速成形增材制造而言，其制件的形状结构往往会比较复杂，对于一些带有曲面等复杂结构的制件而言，传统纵波的技术会存在一定的困难，尤其对于回波的接收的难度增加。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种基于表面波的金属增材制件晶粒尺寸的无损评定方法，解决现有技术中结构复杂的增材制件采用传统超声纵波难以接受回波的不足的问题。

技术方案：本发明所述的基于表面波的金属增材制件晶粒尺寸的评定方法，包括以下步骤：

(1)制备晶粒尺寸梯度试样，采用不同固溶或退火处理工艺，获得不同晶粒尺寸的梯度试样，使用金相法测量试样的平均晶粒尺寸；

(2)采用激光超声对不同晶粒尺寸梯度试样进行检测，选择合适的表面波频率采集固定传播距离x下的表面波信号幅值Ai；

(3)对采集到的表面波信号进行降噪处理，根据公式计算不同晶粒尺寸试样的衰减系数α；以衰减系数α为横坐标，金相法测量的平均晶粒尺寸D为纵坐标绘图，拟合得到表面波衰减系数与平均晶粒尺寸之间的多项式函数计算模型

(4)对待测试样进行去应力退火处理并对表面进行研磨抛光；

(5)把待测试样放入激光超声检测设备的样品台上，在相同表面波频率下，采集固定距离x下的表面波幅值A_i，并计算出衰减系数α_i，代入步骤(3)得到的计算模型，即可算得待测样品平均晶粒尺寸值D_i。

进一步的，所述试样均经过去应力退火处理。

进一步的，所述步骤(2)中，表面波频率范围为2.0MHz～5.0MHz。

进一步的，所述步骤(2)中，所述传播距离x下的表面波信号幅值A_i，传播距离x范围为2～6mm。

进一步的，所述步骤(3)中，所述表面波衰减系数与平均晶粒尺寸多项式函数拟合模型：