專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量金屬材料織構(gòu)的技木，特別涉及一種用于測(cè)量金屬管材ー類(lèi)具有曲面形狀材料的織構(gòu)測(cè)試方法和裝置。
背景技術(shù)：
管道廣泛服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，而在管道工程中，金屬管材占有毋庸置疑的主體地位，其中廣為人們熟悉的是用于流體輸送、受カ結(jié)構(gòu)制作、建筑裝飾裝修、裝置及設(shè)備的內(nèi)部管路、儀表用管及道路隔離欄桿等諸多方面。鋼管具有中空截面，大量用作輸送流體的管道，如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。與圓鋼等實(shí)心鋼材相比，在抗彎抗扭強(qiáng)度相同時(shí)，重量較輕，是ー種經(jīng)濟(jì)截面材料，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件，如石油鉆桿、汽車(chē)傳動(dòng)軸、自行車(chē)架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。用鋼管制造環(huán)形零件，可提高材料利用率，簡(jiǎn)化制造エ序，節(jié)約材料和加工エ時(shí)，如滾動(dòng)軸承套圈、千斤頂套等，目前已廣泛用鋼管來(lái)制造。鋼管還是各種常規(guī)武器不可缺少的材料，槍管、炮筒等都要鋼管來(lái)制造。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長(zhǎng)相等的條件下，圓面積最大，用圓形管可以輸送更多的流體。此外，圓環(huán)截面在承受內(nèi)部或外部徑向壓カ時(shí)，受カ較均勻，因此，絕大多數(shù)鋼管是圓管。除了鋼管之外，有色金屬管材也被大量應(yīng)用于各種特殊的エ業(yè)領(lǐng)域和日常生活中。銅管導(dǎo)熱性好，低溫強(qiáng)度高，常用于制造換熱設(shè)備(如冷凝器等)。也用于制氧設(shè)備中裝配低溫管路。直徑小的銅管常用于輸送有壓カ的液體(如潤(rùn)滑系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)等)和用作儀表的測(cè)壓管等。銅管具備堅(jiān)固、耐腐蝕的特性，而成為現(xiàn)代承包商在所有住宅商品房的自來(lái)水管道、供熱、制冷管道安裝的首選。鋁管具有耐腐蝕、重量輕的性能，鋁管廣泛用于各行各業(yè)，如汽車(chē)、輪船、航天、航空、電器、農(nóng)業(yè)、機(jī)電、家居等，鋁管于我們的生活已經(jīng)無(wú)處不在。鈦合金作為輕量化結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)異的強(qiáng)重比和優(yōu)異的綜合性能，是航空エ業(yè)中的先進(jìn)材料，鈦合金管路系統(tǒng)，如引氣管路、液壓管路、燃油管路等，是飛機(jī)的生命線，其性能的好壞直接影響飛機(jī)的整體性能。鋯作為ー種稀有戰(zhàn)略金屬，抗腐蝕性能和核性能等特性十分突出，鋯管被廣泛用在核エ業(yè)和軍エ等領(lǐng)域。金屬單晶各向異性明顯，鐵[111]方向的彈性模量是280GPa，
方向?yàn)?31GPa ;對(duì)于鈦，則平行于
晶向的彈性模量E
= 143. 3GPa，而垂直于
晶向上的彈性模量E丄
= 104. 4GPa，熱膨脹系數(shù)在上述兩個(gè)方向差一倍等。單晶的各向異性有重要的實(shí)際意義，它會(huì)反映到具有擇優(yōu)取向的多晶材料上，織構(gòu)成為決定多晶材料各向異性的重要因素之一。采用エ業(yè)方法制備的金屬管材，一般均有塑性變形過(guò)程(如軋制、拉拔、擠壓)，易形成織構(gòu)，且變形量越大，產(chǎn)生的織構(gòu)越強(qiáng)烈，多晶材料的各向異性越明顯?？棙?gòu)引起的擇優(yōu)取向會(huì)給成形加工帶來(lái)問(wèn)題，但同時(shí)利用織構(gòu)也能強(qiáng)化合金，發(fā)揮材料潛力。尤其是高強(qiáng)度薄壁鈦合金管材綜合力學(xué)性能提高的關(guān)鍵和首要因素是控制材料中的織構(gòu)。
只有準(zhǔn)確測(cè)定金屬管材的織構(gòu)，才能清楚認(rèn)識(shí)織構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)系，從而開(kāi)發(fā)出優(yōu)化的管材制備エ藝路線和獲得穩(wěn)定可靠的力學(xué)性能。這對(duì)加快高性能管材的研制和開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮材料潛力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要意義。X射線法測(cè)定織構(gòu)的原則是相對(duì)宏觀坐標(biāo)系的不同方向上的衍射強(qiáng)度只能是多晶體晶胞數(shù)量的反映，其他引起衍射強(qiáng)度變化的因素必須校正。目前X射線測(cè)量織構(gòu)的原理和方法都局限在平板試樣上，管材織構(gòu)的測(cè)定也必須轉(zhuǎn)化成平面試樣。N Naga i ￠: (Texture Control of Zircaioy Tubing During Tube Reduction,Zirconium in the Nuclear Industry, Proceedings of the Fifth InternationalConference, Boston, 1980 :pp26_38) —文中提到采用化學(xué)腐蝕法對(duì)錯(cuò)管減薄至O. 09mm,然后剪開(kāi)展平，作為X射線織構(gòu)測(cè)試試樣，這樣把管材織構(gòu)測(cè)試問(wèn)題轉(zhuǎn)變成平面試樣。其原理 是，減薄至一定厚度吋，管材失去剛性，變?yōu)槿嵝圆牧?，展平時(shí)鋯管將不會(huì)發(fā)生塑性變形，而是純彈性變形，那么在只有彈性變形的情況下管材展平后織構(gòu)不會(huì)變化。該法需要長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)腐蝕和精確控制減薄的厚度，并粘貼到平面基板上，十分耗時(shí)，而且不能完全保證變形中不改變織構(gòu)。J E Lewis 在(Texture Measurement Techniques for Zircaloy Clading ARound-Robin Study, Zirconium in the Nuclear Industry, Proceedings of the FifthInternational Conference,Boston, 1980 :pp39_60) —文中提到把錯(cuò)管沿軸向切割成很多很窄的剖條，將他們按方向粘結(jié)在一起，可以獲得一定尺寸橫斷面、縱剖面以及徑向的平面試樣，從而可以測(cè)量平面試樣的織構(gòu)。這種方法耗時(shí)更長(zhǎng)，切割時(shí)無(wú)法精確保證每ー窄條方位嚴(yán)格一致。即使切割能保證方位，在手工粘貼時(shí)又很難保證所有的樣條能排列一致。這些都影響織構(gòu)測(cè)試的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量具有曲面形狀的金屬管材織構(gòu)的直接測(cè)量方法，即在無(wú)損并保持表面原始狀態(tài)的情況下，利用與管材表面同曲率半徑的無(wú)織構(gòu)同種金屬粉末標(biāo)樣，校正散焦及表面形狀對(duì)X衍射強(qiáng)度的影響，準(zhǔn)確測(cè)定管材內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射強(qiáng)度隨空間方位的變化，它克服了曲面試樣形狀對(duì)X射線衍射強(qiáng)度影響無(wú)法校正的困難，實(shí)現(xiàn)對(duì)管材織構(gòu)的直接精確測(cè)定，有效解決了曲面材料織構(gòu)測(cè)定的問(wèn)題，簡(jiǎn)化操作步驟，提高測(cè)試精度和效率。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟(I)將600目以下無(wú)規(guī)分布的同種金屬粉末，制成與測(cè)試管材具有相同曲率半徑的無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣；(2)利用X射線衍射儀及附帯的尤拉環(huán)，在相同的測(cè)試條件下，測(cè)量管材和標(biāo)樣不同傾動(dòng)角χ和轉(zhuǎn)動(dòng)角φ的衍射強(qiáng)度I a ( χ, φ )及I標(biāo)(χ, φ )；(3)測(cè)量無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣來(lái)補(bǔ)償織構(gòu)管材的散焦及曲面造成的強(qiáng)度變化，從而得到校正強(qiáng)度
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將600目以下無(wú)規(guī)分布的同種金屬粉末，制成與測(cè)試管材具有相同曲率半徑的無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣； (2)利用X射線衍射儀及附帯的尤拉環(huán)，在相同的測(cè)試條件下，測(cè)量管材和標(biāo)樣不同傾動(dòng)角X和轉(zhuǎn)動(dòng)角φ的衍射強(qiáng)度I ( χ, φ )及I標(biāo)(χ, φ )； (3)測(cè)量無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣來(lái)補(bǔ)償織構(gòu)管材的散焦及曲面造成的強(qiáng)度變化，從而得到校正強(qiáng)度
2.如權(quán)利要求I所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述標(biāo)樣制備方法包括壓制。
3.如權(quán)利要求I或2所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述標(biāo)樣制備方法包括粘接。
4.如權(quán)利要求I所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣制備方法是模壓成型，模腔直徑與管材試樣外徑相同。
5.如權(quán)利要求4所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在干，壓制壓力50 300MPa，脫模后得到的標(biāo)樣是長(zhǎng)度為15 30mm的圓柱壓坯。
6.如權(quán)利要求3所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為非晶液體或膠體。
7.如權(quán)利要求6所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括無(wú)水こ醇或膠水。
8.一種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在于，所述裝置包括標(biāo)樣樣品架，在所述樣品架上具有凹陷的粉末填充區(qū)，還包括配合使用的陰模，陰模上開(kāi)有孔以配合所述樣品架上的粉末填充區(qū)；將粉末放入粉末填充區(qū)并壓實(shí)后，通過(guò)所述樣品架與所述陰模的配合得到與待測(cè)管材具有相同曲率及形狀的無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣。
9.如權(quán)利要求8所述ー種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在干，所述樣品架為柱狀標(biāo)樣樣品架的一部分，陰模為筒狀陰模。
10.如權(quán)利要求8所述ー種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在于，所述樣品架為柱狀標(biāo)樣樣品架的一部分，陰模為筒狀陰模的一部分。
11.如權(quán)利要求10所述ー種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在于，所述樣品架為半柱狀標(biāo)樣樣品架，陰模為半筒狀陰模。
12.如權(quán)利要求8所述ー種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在于，所述樣品架為圓柱標(biāo)樣樣品架，陰模為半圓筒狀陰模。
13.如權(quán)利要求12所述ー種制備無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的裝置，其特征在于，與管材具有相同曲率半徑的金屬或塑料圓柱標(biāo)樣樣品架上的金屬粉末填充區(qū)，投影尺寸為3X15mm以上，深度為O. 2 1mm,并機(jī)械加工出配合使用的半圓筒狀陰模。
14.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣是利用如權(quán)利要求8-13任一項(xiàng)所述的裝置制成的。
15.如權(quán)利要求14所述ー種用于測(cè)量金屬管材織構(gòu)的方法，其特征在于，所述無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣的制備步驟是，將金屬粉末一點(diǎn)一點(diǎn)地放入圓柱標(biāo)樣樣品架的金屬粉末填充區(qū)，使用半圓筒陰模，將粉末壓實(shí)在圓柱樣品架上，要求粉末標(biāo)樣面與管材曲率相同。
全文摘要
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)，涉及對(duì)測(cè)量金屬管材織構(gòu)方法的改進(jìn)。本發(fā)明方法包括以下步驟加工標(biāo)樣架；將金屬粉末壓實(shí)在柱狀樣品架上作為無(wú)織構(gòu)標(biāo)樣；通過(guò)X射線反射法繪制極圖，測(cè)量管材和標(biāo)樣不同傾動(dòng)角χ和轉(zhuǎn)動(dòng)角的衍射強(qiáng)度；用經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男Ｕ龔?qiáng)度來(lái)標(biāo)定極圖中的相對(duì)極密度，繪制出管材某一晶面{HKL}的極圖；計(jì)算出完整極圖和織構(gòu)的取向分布函數(shù)ODF。本發(fā)明解決了曲面試樣形狀對(duì)X射線衍射強(qiáng)度影響無(wú)法修正的困難，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬管材織構(gòu)的精確測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N1/36GK102721712SQ201210129928
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者張旺峰, 李艷, 王玉會(huì), 顏孟奇 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院