一种2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸超声波评定方法技术

本发明专利技术涉及一种2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的高精度评定方法，尤指通过分析超声波在2219铝合金铸锭试块内传播的声速、衰减系数等参数，并考虑残余应力的影响，建立其平均晶粒尺寸的超声波评价模型，用于高精度评价2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的方法。本发明专利技术模型建立过程科学简单，所得数据精准，所得模型适用性强，拟合结果精准，便于大规模工业化应用。同时本发明专利技术所开发的模型，为无损检测提供了必要条件。

An Ultrasound Method for Evaluating the Average Grain Size of 2219 Aluminum Alloy Ingot

【技术实现步骤摘要】
一种2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸超声波评定方法
本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的高精度评定方法，尤指通过分析超声波在2219铝合金铸锭试块内传播的声速、衰减系数等参数，并考虑残余应力的影响，建立其平均晶粒尺寸的超声波评价模型，用于高精度评价2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的方法。
技术介绍
2219铝合金具有高强、可焊、耐热的特点，在航天领域得到广泛应用，合金的晶粒尺寸尤其是铸锭阶段的晶粒尺寸不但影响后续的加工性能，还影响其加工成构件后的服役性能，因此，对其晶粒尺寸高效、可靠的检测可为晶粒尺寸的控制提供数据支持。2219铝合金为多晶体结构，可采用不同的方法检测其晶粒尺寸，常用的方法分为有损评价和无损评价两种。有损评价方法检测时需要破坏材料，如金相法和电子背散射衍射法(EBSD)。金相法直观且结果较为准确，但效率较低。EBSD方法无需进行腐蚀处理，但试样抛光要求较高，且只可以确定出被观察面的晶粒情况。常用的无损评价方法包括超声法和涡流法。涡流法由于检测过程中涡流表现出一定的集肤效应，检测结果仅能反映试件表面的性能，且精度不高。超声法可分为声速法、衰减法等，单独使用声速法或者衰减法分析工件的晶粒尺寸信息时，由于回波信号是非平稳信号，易受干扰，超声声速和衰减系数测量值本身也会存在较大的随机误差，此外，工件内部的残余应力场也会对测试结果产生影响。本专利技术基于上述研究现状，结合超声波声速法和超声波能量衰减法的特点，建立了一种基于超声波声速和能量衰减的晶粒尺寸综合评价方法，并通过分析铸锭内初始残余应力对检测信号的影响，对该方法进行了修正。专利技术内容(一)要解决的技术问题提供一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，提高2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的评估精度。(二)技术方案本专利技术基于超声波声速和衰减系数并考虑残余应力对检测结果的影响，建立一种2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的综合评价方法，包括以下步骤：步骤一：从2219铝合金铸锭外表面到圆心截取试样；所述试样的个数大于等于5个，对每一个试样都进行金相分析；测得该试样的平均晶粒尺寸；将所有的试样的平均晶粒尺寸汇总后记录在数组G中，作为超声评定平均晶粒尺寸的比对基础数据；所有的试样厚度均为L；步骤二：将所有试样排列在水槽底部，采用脉冲反射法进行水浸检测，检测过程中，调整超声纵波探头的位置和姿态，使探头的轴线与被测点位严格垂直并且保持水层厚度一致，控制运动平台带动探头移动进行扫查，提取出原始的A扫信号，将原始数据导出并进行分析处理，可计算得到各个试样的纵波声速c′l。步骤三：接步骤二，采用频率为f的换能器对不同晶粒尺寸的2219铝合金铸锭试样试进行检测分析，在原始数据的基础上计算出对应的衰减系数α′s。步骤四：对2219铝合金试样进行去应力退火，按照步骤二和步骤三重新测试得到试块无应力下的超声纵波声速cl与衰减系数αs，对比分析试块有残余应力下的纵波声速c′l和衰减系数α′s，建立应力修正后的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的超声综合评价模型式中：Z为平均晶粒尺寸，um；cl和c′l分别为超声波在无应力试块和有应力试块中的传播速度，m/s；αs和α′s分别为超声波在无应力试块和有应力试块中传播时的衰减系数，dB/mm；A0～A5、M0～M3、N0～N1均为常数。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，由于2219铝合金铸锭从外表面到圆心的晶粒尺寸随位置不同而不同；因此在取样时，在一定厚度的情况下，取样个数优选为大于等于5。为了提高模型的可靠性，选择2219铝合金铸锭时，选择不同尺寸的2219铝合金铸锭。对不同尺寸的2219铝合金铸锭中任意一个进行取样时，其取样个数大于等于5。为了进一步提高模型的可靠性，选择2219铝合金铸锭时，选择不同铸造工艺制备的2219铝合金铸锭。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，所述金相分析为：先对试样进行打磨、抛光，然后使用化学腐蚀的显示方法通过KeyenceVHX50000系列超景深三维显微系统观察2219铝合金铸锭的晶粒形态，然后选择直线截点法进行晶粒尺寸测定，得到该试样的平均晶粒尺寸；将所有的试样的平均晶粒尺寸汇总后记录在数组G中，作为超声评定平均晶粒尺寸的比对基础数据。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，步骤二中，所述水层厚度为：探头到被测试样表面的垂直距离。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，步骤三中，所述频率f的取值为5MHz。在该条件下，所得数据是较为科学和可靠的。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，A0～A5、M0～M3、N0～N1均为常数，且通过计算可以得出。本专利技术涉及一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，修正后的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的超声综合评价模型建立后，对同一批次产品，不需要切样，直接用超声检测得到声学数据，再通过本专利技术建立的模型计算晶粒尺寸；进而用于评估。所述声学数据包括声速、衰减系数；直接用用超声检测时，其按照步骤二、三、四依次进行。这样操作，即可实现无损检测。(三)有益效果本专利技术的方法，将超声波声速法和能量衰减法综合应用于2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的评定，提出基于超声波声速和能量衰减系数及考虑残余应力修正系数的2219铝合金铸锭晶粒尺寸综合评价方法，提高了2219铝合金铸锭晶粒尺寸评价的精度，避免了单纯使用超声声速法或衰减法信号及未考虑残余应力因素所导致的误差。本专利技术提供了一种更准确高效的2219铝合金铸锭晶粒尺寸评价方法。附图说明图1为本专利技术的总体流程图图2为本实例的2219铝合金铸锭试块取样示意图图3为本实例的2219铝合金铸锭试块示意图图4为本实例的金相分析系统图5为本实例的2219铝合金铸锭试块金相图图6为本专利技术的水浸超声检测平台示意图图7为本专利技术的A扫波形示意图图8为本实例的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸和超声波声速拟合曲线图图9为本实例的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸和5MHz超声波衰减系数拟合曲线图图10为本实例的2219铝合金晶粒尺寸的超声综合评估模型拟合效果图具体实施方式下面结合附图和实施例子对本专利技术作进一步的详细描述。具体实施方式是对两个φ1380mm的2219铝合金铸锭及一个φ800mm的2219铝合金铸锭展开研究。2个φ1380mm的铸锭中，一个为常规铸造铸锭，另一个为超声波辅助铸造铸锭；φ800mm铸锭为常规铸造铸锭。从三个圆铸锭距离轴向一端200mm处分别切取出厚度(圆柱铸锭的轴向)为15mm的圆饼，然后在圆饼上沿径向切取出五个40mm×40mm×15mm的试样，五个试样的大致位置布局：第一个位于外径，第二个位于距离圆心3/4半径，第三个位于距离圆心1/2半径，第四个位于距离圆心1/4半径，第五个位于圆心，图2为试块取样示意图。试样编号如图3所示：φ1380mm的常规铸造铸锭从外径到圆心取样的第一组试块依次记为1号到5号，φ1380mm的超声铸造铸锭从外径到圆心取样的第二组试块依次记为6号到10号，φ800mm的常规铸造铸锭从外径到圆心取样的第三组试块依次记为11号到15号。金相分析：首先对试块进行打磨，然后使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，其特征在于；包括以下步骤：步骤一：从2219铝合金铸锭外表面到圆心截取试样；所述试样的个数大于等于5个，对每一个试样都进行金相分析；测得该试样的平均晶粒尺寸；将所有的试样的平均晶粒尺寸汇总后记录在数组G中，作为超声评定平均晶粒尺寸的比对基础数据；所有的试样厚度均为L；步骤二：将所有试样排列在水槽底部，采用脉冲反射法进行水浸检测，检测过程中，调整超声纵波探头的位置和姿态，使探头的轴线与被测点位严格垂直并且保持水层厚度一致，控制运动平台带动探头移动进行扫查，提取出原始的A扫信号，将原始数据导出并进行分析处理，可计算得到各个试样的纵波声速c′l；步骤三：接步骤二，采用频率为f的换能器对不同晶粒尺寸的2219铝合金铸锭试样进行检测分析，在原始数据的基础上计算出对应的衰减系数α′s；步骤四：对2219铝合金试样进行去应力退火，按照步骤二和步骤三重新测试得到试块无应力下的超声纵波声速cl与衰减系数αs，对比分析试块有残余应力下的纵波声速c′l和衰减系数α′s，建立应力修正后的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的超声综合评价模型

【技术特征摘要】
1.一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，其特征在于；包括以下步骤：步骤一：从2219铝合金铸锭外表面到圆心截取试样；所述试样的个数大于等于5个，对每一个试样都进行金相分析；测得该试样的平均晶粒尺寸；将所有的试样的平均晶粒尺寸汇总后记录在数组G中，作为超声评定平均晶粒尺寸的比对基础数据；所有的试样厚度均为L；步骤二：将所有试样排列在水槽底部，采用脉冲反射法进行水浸检测，检测过程中，调整超声纵波探头的位置和姿态，使探头的轴线与被测点位严格垂直并且保持水层厚度一致，控制运动平台带动探头移动进行扫查，提取出原始的A扫信号，将原始数据导出并进行分析处理，可计算得到各个试样的纵波声速c′l；步骤三：接步骤二，采用频率为f的换能器对不同晶粒尺寸的2219铝合金铸锭试样进行检测分析，在原始数据的基础上计算出对应的衰减系数α′s；步骤四：对2219铝合金试样进行去应力退火，按照步骤二和步骤三重新测试得到试块无应力下的超声纵波声速cl与衰减系数αs，对比分析试块有残余应力下的纵波声速c′l和衰减系数α′s，建立应力修正后的2219铝合金铸锭平均晶粒尺寸的超声综合评价模型式中：Z为平均晶粒尺寸，um；cl和c′l分别为超声波在无应力试块和有应力试块中的传播速度，m/s；αs和α′s分别为超声波在无应力试块和有应力试块中传播时的衰减系数，dB/mm；A0～A5、M0～M3、N0～N1均为常数。2.根据权利要求1所述的一种2219铝合金铸锭晶粒尺寸的超声综合评价方法，其特征在于：由于2219铝合金铸锭，从外表面到圆心的晶粒尺寸随位置不同而不同；因此在取样时，在一定厚度的情况下，取样个数大于等于5，且选择2219铝合金铸锭时...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚海，曹轩，吴运新，雷洋，孙燕杰，孙晓亮，易彬，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43