GH706组织与超声信号特征.pdf

1、毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：题目：GH706 组织与超声信号特征研究组织与超声信号特征研究学院：测试与光电工程学院专业名称：测控技术与仪器班级学号：学生姓名：指导教师：学院：测试与光电工程学院专业名称：测控技术与仪器班级学号：学生姓名：指导教师：二 O xx 年 六 月二 O xx 年 六 月GH706 组织与超声信号特征摘要：GH706 高温合金是一种强化型铁镍基高温合金，该组织具有较高的加工性能、持久性能、冲击性能和拉伸性能，在涡轮发动机、燃气轮机、核工业及航空的使用中等方面占有重要的位置。试验的研究对象是 GH706，利用超声方法检测超声波在 GH706 中的超声特性和金相法评

2、估其微观组织性能。本试验采用水浸聚焦超声检测方法，对 GH706 高温合金材料的衰减和声速进行研究；再通过金相分析法剖析 GH706 高温合金的微观组织结构。结合 GH706 高温合金的超声特性及其微观组织结构，研究超声特性与机械性能和微观组织相关性。为 GH706 高温合金微观组织不均匀性的研究提供另一种新型、可靠的方法。关键字：GH706超声信号衰减声速金相微观组织GH706 Organization and Ultrasonic SignalCharacteristicsGH706 Organization and Ultrasonic SignalCharacteristicsAbst

3、ract:The super alloy of GH706 is a super alloy of strengthened Fe-Ni based.Theorganization has high processing performance,durable performance,percussive performance andtensile property,that has been occupying an important position in the turbine engine,gasturbine,the nuclear industry and aerospace

4、applications.GH706 is the goal of the study,it candetect the ultrasonic characteristics of ultrasonic in GH706 by using ultrasonic,and evaluatenature of microstructure by using metallographic examination.In this studying,I will study the attenuation and sound velocity of GH706 high temperaturealloy

5、materials by employing the ultrasonic detection means,and the fine texture of GH706 supermeatle was analyzed by metallographic analysis.Combing the ultrasonic characteristics with themicrostructure of GH706 high temperature alloy,we can study the correlation between ultrasoniccharacteristics and mec

6、hanical properties,also microstructure of GH706.Which will offer a newand reliable method for the study ofmicrostructure inhomogeneity of GH706 high temperaturealloy.Keyword:GH706,Ultrasonic signal,Attenuation,Acoustic velocity,Metallographic microstructure目录1 引言1.1 超声检测的定义.11.2 超声检测的原理.11.3 材料超声信号和

7、微观组织.11.3.1 原理.11.3.2 超声波在固体介质中的声速及微观组织.11.4 超声波的衰减及材料晶粒尺寸对其影响.21.4.1 超声波衰减的原因.31.4.2 衰减种类.31.5 衰减规律和衰减方程、系数.41.5.1 衰减规律.41.5.2 衰减方程和系数.41.6 国内外发展状况.51.6.1 国外发展状况.51.6.2 国内发展状况.61.7 本研究的依据和意义.62 GH706 高温合金的介绍及检测2.1GH706 高温合金的介绍.72.1.1 GH706 高温合金试样.72.2 超声水浸聚焦检测原理及检测设备.72.2.1 超声水浸聚焦检测原理.72.2.1 优点.82.

8、3 扫查方式.82.3.1A 型扫查.82.3.2 B 型扫查.82.3.3 C 型扫查.82.3.4 C 型扫查的优点.92.4 探头及耦合剂的选择.102.5 检测设备.102.6 C 扫查操作过程.112.7 超声波的衰减.122.7.1 薄板工件衰减系数的测定.122.7.2 厚板或粗圆柱体衰减系数的测定.133 金相组织分析3.1 金相试样的制备.143.1.1 磨光.143.1.2 抛光.153.1.3 腐蚀.163.2 试样金相组织的观察和图像获取.173.2.1 金相显微镜.173.2.2 摄取金相组织图像.183.2.3 金相图片获取遇到的问题以及解决办法.193.3 试样金

9、相组织图像.193.4.晶粒度的测定及评级.213.4.1 起始晶粒度.213.4.2 实际晶粒度.213.4.3 本质晶粒度.213.4.4 晶粒度的测定.213.5 金相图加标尺及求平均晶粒尺寸.254 试样超声特性结果和微观组织分析4.1GH706 超声特性检测结果.274.1.1 GH706 试样时域特性图.274.1.2 GH706 试样的衰减.304.1.3 GH706 试样的声速.324.1.4 GH706 试样采样点的计算.334.2 GH706 试块金相图像分析.394.2.1 标尺的识别.354.2.2 平均晶粒尺寸.364.2.3 衰减与平均晶粒尺寸及声速的关系.374.

10、2.4 晶粒粗大的原因.385 结论及展望.40参考文献.41致谢.431GH706 组织与超声信号特征GH706 组织与超声信号特征1 引言引言1.1 超声检测的定义超声检测的定义超声检测是一门声学原理结合现代数字信号、图像处理的检测技术。超声波穿过工件，并与工件产生散射、反射和透射作用，对工件进行几何特征衡量、力学性能转变的检测和表征、宏观缺陷的检测和几何特性测量，和对其范围使用的评价1。1.2 超声检测的原理超声检测的原理利用声源产生的超声波，选用相关的办法使超声波进入工件，超声波在工件中传播并与工件材料及其缺陷作产生用，使超声波的传播方向和特征发生改变，检测设备收到一个改变的超声信号，

11、经处理和分析，根据超声波的特性，检测工件内部缺陷及评价其缺陷特征。一般用来发现工件的缺陷及评估的信息有：来自缺陷超声波的信号和振幅；发射声波和接收声波的时间；超声波在材料中的衰减。工作原理简图如 1.1 所示2：图 1.1 超声检测原理图1.3 材料超声信号和微观组织材料超声信号和微观组织1.3.1 原理原理超声波的速度和衰减是材料的超声特征参数。超声波在材料的传播过程中与材料的宏观和微观组织的不均匀性发生相互作用，如折射、散射、透射、衍射和反射等现象，根据这些现象的特点，可以定量的分析、评估材料微观组织结构的形态、弹性模量、相应的机械性能和内部组织的完整性。常见的声学评价方法有：超声脉冲缺陷

12、回波法，超声脉冲底波高度法、超声脉冲多次底波法、双换能器法、声发射法和超声成像技术等等。超声波脉冲多次底波法主要应用于工件的厚度，形状简单，检测表面和材料的底面，广泛应用于材料的速度和衰减的测量，从而可以精确地估计工件的弹性模量、相关性能和微观组织结构4。1.3.2 超声波在固体介质中的声速及微观组织超声波在固体介质中的声速及微观组织超声波的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。介质的弹性模量和密度对超声波的超声波与工件相互作用超声信号接收和处理检测工件缺陷及特性超声波的产生2传播速度有很大的影响，介质的弹性模量越大，密度越小，声速越大。如果是特定的介质，因为介质的弹性模量和密度较稳定，所以声速

13、也不变，同时声速还与介质的尺寸有关。声速与波的类型也相关，在相同的材料中，纵波的声速最大，然后是横波，再到表面波。此外，声速的传播还与环境有关，比如：介质的温度、应力和均匀性。一般来讲，固体介质的温度越高，声速越大；在应力和声速传播的方向相同的情况下，当压应力增大时，声速变快，当拉应力增大时，声速变慢；材料组织越均匀，晶粒越细，声速快，反之声速慢。表征材料声学特性的重要参数其中之一为材料中的超声波速。纵波、横波、表面波声速分别为（1.1）（1.2）（1.3）式中：E-杨氏弹性模量；G-介质的剪切弹性模量；-介质的泊松比，所有固体介质的泊松比都在 0-0.5 之间；-为介质的密度。对于钢材：9.

14、0:1:8.1:,9.0,8.1,28.0RSLSRSLccccccc即5。由以上的式子得到，介质中的超声波度正比于介质弹性模量的开根号，反比于介质的密度，这就说明了材料本身特性决定了材料的波速。1.4 超声波的衰减及材料晶粒尺寸对其影响超声波的衰减及材料晶粒尺寸对其影响超声波在各种物质中以不同的速度传播时，指向性特别明显，波源频率越高，波的指向性越好。它和其他波一样，在不同介质的分界面上会发生折射、衍射、散射和反射等现象。所以当固体材料中存在缺陷时，声波遇到障碍物就会产生反射或透过的声强就会减弱，就可以根据接收到的信号检测出缺陷的位置和性质。121EGcS2111EcL121112.187.

15、0EcR31.4.1 超声波衰减的原因超声波衰减的原因材料的实际应用中，影响超声波衰减的因素有很多，主要因素有晶粒的散射、波速的扩散、介质吸收，声波在传播时，介质热传导的吸收和质点间的内摩擦（粘滞性），残余应力，晶粒的错位及磁畴壁等都会引起衰减，吸收衰减和散射衰减称为介质衰减。但在实际研究中，只研究波速扩散，晶粒散射和吸收衰减三个方面。1.4.2 衰减种类衰减种类（1）扩散衰减扩散衰减是超声波在传播的过程中，波速会扩散，而且波束的能量会因传播距离的递增发生减弱的衰减。波速与介质的性质无关的前提是检测的材料相同，当检测材料相同时，波阵面形状和传播距离就决定了波速，而且平面波波速不会扩散，正好 G

16、H706 高温合金为平面波阵，所以它不考虑扩散衰减。（2）吸收衰减吸收衰减是因为晶粒在平衡位置上下振动时，质点间的摩擦而致使声能发生热传导引起的。而本次所用的介质水几乎没有粘滞性，吸收衰减可忽略不计。（3)散射衰减超声波在各种物体中传播时，和其他波一样，在声阻抗不同的分界面上会产生散射、反射、折射和衍射等现象而导致的衰减现象称为散射衰减。晶粒散射衰减与材质的晶粒密切相关，晶粒越粗大，散射衰减越严重，被散射的声波会沿着复杂的路径传播到探头，在显示屏上引起草状回波（草波），导致信噪比下降，严重的情况下，噪声还会淹没缺陷，如图所示。由于 GH706 高温合金是将铸锭或锻坯在锻锤或模具的压力下变形制成一定形状和尺寸的零件毛坯。锻压的三个过程：加热、形变和冷却。锻件具有组织不均匀、组织不致密、表面粗糙、形状复杂等特点，存在散射衰减介质为水，；所以 GH706 衰减以散射衰减为主。吸收衰减和散射衰减为平常所说的介质衰减。图 1.2 草状回波（草波）41.5 衰减规律和衰减方程、系数衰减规律和衰减方程、系数1.5.1 衰减规律衰减规律影响超声波衰减的因素有很多，这需要结合材料学科来一起研究，研究超声