金属材料的超声衰减特征及辨识的新方法.pdf

2016 年 第 61 卷 第 8 期：844 ~ 854 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 金属材料的超声衰减特征及辨识的新方法 ① ①* ① ② ② ① ① 刘小荣 , 贺西平 , 张宏普 , 贺升平 , 尼涛 , 崔东 , 卢康 ① 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西省超声重点实验室, 西安 710119; ② 宝鸡高新技术研究所, 宝鸡 721013 * 联系人, E-mail: Hexiping@ 2015-07-02 收稿, 2015-08-07 修回, 2015-08-21 接受, 2016-01-04 网络版发表 国家自然科学基金资助 摘要 利用超声技术研究了辨识金属材料的方法. 以成分相近、热处理温度相同和成分相同但热处理温度不同 的多个金属材料为例, 计算了金属材料对不同频率超声波的衰减系数, 分析了同一频率下采样率对超声衰减谱稳 定性的影响, 研究了金属材料的微观组织对超声衰减的影响. 结果表明, 采样率越高, 衰减谱的多次实验计算越 趋于稳定; 金属材料的超声衰减谱与其微观组织结构密切相关, 其携带有金属材料的微观组织特征信息; 利用金 属间超声衰减谱相关系数可辨识金属材料, 对贵重金属、金属文物等的防伪与辨识提供了一定的参考依据. 关键词 金属材料, 超声衰减谱, 相关系数, 微观组织, 防伪, 辨识 金属材料广泛应用于航空、医疗、原子能和机械 行定位及缺陷评估. 文献[12]利用超声波在金属材料 制造等重要领域, 但经常有劣质、仿造金属材料流入 中的底面回波信号, 基于材料呈现出的不同声参量 市场, 由于其硬度、疲劳强度、延伸率等力学性能不 对材质不同的金属材料进行直接和间接识别. 文 达标而发生事故, 造成人员伤亡、财产及其他重大损 献[13]研究了多种相结构合金钢不同热处理转变产 失, 这种现象已引起了人们的高度重视. 目前, 国内 物的组织特点, 40Cr, 38CrMoAI, GCr15SiMn金属的 外市场受假冒伪劣产品的影响非常严重, 每年全世 不同热处理(正火、淬火/退火、淬火+低温回火及淬 界假冒伪劣产品的成交额已占贸易总额的10%左右, 火+高温回火)转变产物的显微组织不同, 不同热处 特别是金属材料、贵重金属文物及军事装备等重大应 理产物间的超声衰减系数有差异, 且低温回火产物 用, 需要具备高分辨能力的金属防伪与辨识技术. 的衰减系数小于高温回火产物的衰减系数, 高温 超声无损检测技术具有非破坏性特点, 有直接、 回火产物的衰减系数小于正火产物的衰减系数. 快速、适用范围广等优点, 利用该技术无损评价金属 超声波在多晶金属材料中传播时, 由于晶粒的 材料已成为研究的热点[1~4]. 近来, 以超声背向散射 各向异性及排列取向的无规律性, 以及晶粒尺寸、晶 法、衰减法、声速法、超声多尺度衰减法、频谱分析 粒度、相的种类、孔隙率、脱溶物等影响而发生散射 法等研究方法用来无损评价金属材料的晶粒形状、晶 衰减.