關(guān)于材料塑性變形的無損評(píng)價(jià)問題，目前有多種方法，如X射線衍射法、中子衍射法、巴克豪森效應(yīng)法等。雖然這些方法可以提供很多信息，但是它們只能檢測(cè)材料的表面和近表面層，而且需要大型設(shè)備。超聲波具有穿透性好、檢測(cè)方便等特點(diǎn)，當(dāng)超聲波在發(fā)生了塑性變形的材料中傳播時(shí)，它會(huì)受到晶體結(jié)構(gòu)、第二相和位錯(cuò)等材料微觀組織的影響。通過考察超聲波衰減、聲速及波形等的變化，可以獲得材料內(nèi)部與塑性變形相關(guān)的信息。Schmidt 等人研究了在高純單晶銅中頻率范圍在10~200MHz之間時(shí)位錯(cuò)對(duì)超聲波衰減和聲速的影響。Kobayashi等人測(cè)量了發(fā)生塑性變形的鋁合金中超聲波聲速的變化。AI-lison等人研究了塑性變形對(duì)工業(yè)用鋼的彈性性能的影響。Liming Shen等人研究了在拉伸方向、軋制方向和剪切波偏振方向的不同組合條件下，軋制黃銅板的塑性變形和超聲波波形之間的聯(lián)系，而且通過波形分析得到了一個(gè)參量，該參量隨塑性應(yīng)變發(fā)生單調(diào)變化。
實(shí)驗(yàn)樣品是厚度為4mm的Cu-40wt%Zn合金板，拉伸試樣的幾何尺寸如圖11-22所示。為了研究試樣的拉伸方向?qū)Τ暡▍?shù)的影響，使測(cè)試段呈兩邊平行的試樣(見圖11-22a，以下簡(jiǎn)稱a試樣)的拉伸方向與軋制方向平行或垂直；為了研究沿著試樣軸向的超聲波參數(shù)和塑性應(yīng)變的變化，使測(cè)試段呈曲率過渡的試樣(見圖11-22b，以下簡(jiǎn)稱b試樣)的拉伸方向與軋制方向平行。b試樣的應(yīng)力集中因子為1.1，該因子非常小，以致于在垂直于試樣軸向上的應(yīng)力分布差可以忽略，同時(shí)假設(shè)僅在平行于拉伸方向的法向應(yīng)變沿著拉伸軸變化。在拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，所有試樣在600℃下退火4h，目的是降低試樣中的殘余應(yīng)力，再將試樣用240#砂紙打磨去除毛邊和氧化皮。打磨時(shí)應(yīng)注意不要在試樣表面上形成厚的塑性變形區(qū)。
橫波探頭發(fā)射的超聲波檢測(cè)頻率為4MHz，采用油脂耦合，在探頭晶片與試樣間的接觸壓力為60kPa的情況下，測(cè)量由試樣底面反射的第一、二次回波。對(duì)于a試樣(見圖11-19a)測(cè)點(diǎn)置于樣品的中心，超聲波測(cè)量時(shí)拉伸方向、軋制方向和剪切波偏振方向的不同組合見表11-3。對(duì)于b試樣(見圖11-19b)，在軸線上測(cè)量了九個(gè)點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)間隔10mm，測(cè)量時(shí)剪切波的偏振方向平行于軋制方向且平行于拉伸方向(PD//RD// TD)。對(duì)每個(gè)位置重復(fù)測(cè)量三次再取其平均值。
根據(jù)線性系統(tǒng)理論，從試樣底面反射回來的第一個(gè)回波被定義為系統(tǒng)輸入f(t)，第二個(gè)回波被定義為系統(tǒng)輸出g(t)。經(jīng)過傅里葉變換后可以得到下面的關(guān)系式：
式中，G(ω)和F(ω)分別是f(t)和g(t)的傅里葉變換對(duì)；H(ω)是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。然后可將上式變形為
式中，K(ω)是反傳遞函數(shù)，被定義為頻率為ω時(shí)的衰減。使用第一、二次回波來計(jì)算反傳遞函數(shù)可以減少直接接觸條件下試樣表面狀態(tài)對(duì)波形的影響。
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