[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備薄壁管材壓平測(cè)織構(gòu)試樣的方法及專(zhuān)用裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010145648.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111175325A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李閣平;張英東;郭文斌;袁福森;韓福洲;穆罕默德·阿里;任杰;劉承澤;顧恒飛;馬廣財(cái)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/2005
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/2005
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

一種制備薄壁管材壓平測(cè)織構(gòu)試樣的方法及專(zhuān)用裝置，所述方法包括先將承載件水平放置，在承載件上放置調(diào)節(jié)件，在長(zhǎng)方形凹槽上放置薄壁管材試樣；其次，在長(zhǎng)方形凹槽上放置施壓件，施壓端緊貼薄壁管材試樣；再次，施壓件、承載件和調(diào)節(jié)件整體保持為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，再在外層用銅導(dǎo)電膠將它們固定在一起；最后，為保證薄壁管材試樣壓平前后厚度一致，整個(gè)壓平過(guò)程在Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以精確設(shè)置和控制溫度、應(yīng)變量、應(yīng)變速率等條件。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、易于操作、成本低和適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)方案規(guī)范合理，技術(shù)效果優(yōu)良，具有可預(yù)期的較為巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量金屬材料織構(gòu)的技術(shù)，特別提供一種制備薄壁管材壓平測(cè)織構(gòu)試樣的方法及專(zhuān)用裝置。

背景技術(shù)

管材行業(yè)與社會(huì)生產(chǎn)和人民生活息息相關(guān)，我國(guó)金屬管材行業(yè)已發(fā)展超過(guò)50年，規(guī)模已相當(dāng)大，且近年來(lái)有持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。金屬管材制成的金屬結(jié)構(gòu)零部件有剛性好、強(qiáng)度大、重量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，其在工業(yè)制品中的應(yīng)用范圍隨著現(xiàn)代化制造技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)大。

目前，金屬管材已廣泛應(yīng)用于建筑、食品、石油、化工、核電、航空等各個(gè)行業(yè)的工業(yè)管道系統(tǒng)，成為管道系統(tǒng)中管類(lèi)設(shè)備的核心部件。在各個(gè)行業(yè)中，使用最多的管材包括鋼管、銅管、鋁管、鈦管、鋯管等金屬管材。

金屬管材的制造工藝主要包括軋制、擠壓和拉拔等過(guò)程。金屬管材在發(fā)生塑性變形時(shí)易形成織構(gòu)，晶體織構(gòu)是在冷熱加工和塑性成型等過(guò)程中，多晶體中的晶粒在不同程度上圍繞著某些特殊的取向排列，使各個(gè)晶粒取向趨于一致即形成擇優(yōu)取向。研究發(fā)現(xiàn)，變形量越大，產(chǎn)生的織構(gòu)越強(qiáng)烈，多晶體的各向異性越明顯，織構(gòu)不僅影響管材取向及力學(xué)性能，而且還與應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等性能有關(guān)，進(jìn)而影響管材的服役壽命?？棙?gòu)是分析管材加工參數(shù)與性能之間關(guān)系最好的橋梁，清楚地認(rèn)識(shí)管材加工過(guò)程中的織構(gòu)特點(diǎn)及演變規(guī)律，對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品使用性能、發(fā)揮材料潛力及合理制定工藝參數(shù)都具有十分重要的意義。

目前，測(cè)量金屬材料織構(gòu)最常用的方法有XRD法和EBSD法。XRD法和EBSD法均是以晶體衍射原理來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。不同之處在于XRD法使用的是X射線，借助于全自動(dòng)X射線衍射儀，能適合大批量試樣的織構(gòu)測(cè)量，得到的是試樣的宏觀統(tǒng)計(jì)織構(gòu)信息，對(duì)材料整體宏觀性能的評(píng)價(jià)有其獨(dú)到之處。而EBSD法使用的是電子束，通過(guò)研究衍射菊池線花樣揭示微觀織構(gòu)的特征及規(guī)律。兩種方法側(cè)重點(diǎn)不同，各有特色，互為補(bǔ)充。

XRD法側(cè)重于宏觀區(qū)域的分析，能使材料中上千個(gè)晶粒參與衍射，統(tǒng)計(jì)性高，得到的是宏觀統(tǒng)計(jì)分布概念上的全部織構(gòu)信息，對(duì)測(cè)試試樣要求不高。XRD是用特征X射線照射樣品，依據(jù)樣品不同方向衍射強(qiáng)度的差異進(jìn)行織構(gòu)分析，其基本原理是將X射線探測(cè)器置于符合布拉格方程的2θ位置上，試樣圍繞入射點(diǎn)做空間旋轉(zhuǎn)，使各方位的晶粒都陸續(xù)進(jìn)入衍射方位，連續(xù)測(cè)量衍射強(qiáng)度。若試樣無(wú)織構(gòu)，則強(qiáng)度不變；若試樣存在織構(gòu)，強(qiáng)度則隨試樣的方位而變化。衍射強(qiáng)度正比于發(fā)生衍射晶面的極點(diǎn)密度。將強(qiáng)度分級(jí)，按其相應(yīng)的方位標(biāo)在極射赤面投影圖上，就得到極圖，由極圖即可分析出試樣的織構(gòu)信息?？棙?gòu)與材料的性能有著密切的關(guān)系，由XRD法得到的織構(gòu)信息通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)與織構(gòu)關(guān)系的研究，能對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)，結(jié)合性能預(yù)估理論能推算出材料的物理性能，對(duì)材料整體宏觀性能的評(píng)價(jià)有其獨(dú)到之處。

EBSD法能從微觀的角度研究材料中各個(gè)晶粒的取向及晶粒間的取向差，使材料織構(gòu)測(cè)量技術(shù)進(jìn)入了亞微米數(shù)量級(jí)，特別是在一些織構(gòu)演變的機(jī)理性研究和局部微觀織構(gòu)研究方面有很大的應(yīng)用價(jià)值，代表了當(dāng)今微觀織構(gòu)分析的最高水平。EBSD法要求樣品表面平整且沒(méi)有制樣過(guò)程中的破壞，避免破壞晶粒之間晶界，樣品表層不能有應(yīng)力層。EBSD是利用電子束轟擊樣品表面，撞擊晶體中原子產(chǎn)生散射，這些散射電子由于撞擊的晶面類(lèi)型不同在某些特定角度產(chǎn)生衍射效應(yīng)，在空間產(chǎn)生衍射圓錐，并向空間無(wú)限發(fā)散。利用熒光屏截取衍射圓錐得到一系列的菊池帶，然后根據(jù)菊池線特點(diǎn)分析織構(gòu)。EBSD除了能給出單個(gè)晶粒的取向信息以外，還能得到相鄰晶粒間的取向差以及晶界角度，為研究材料內(nèi)部組織的晶粒、晶界隨工藝變化及對(duì)材料性能影響的研究提供了極好的實(shí)驗(yàn)手段。