粉末冶金制件中孔隙的超声评价.docx

第21卷第1期1999年1月

无损检测

NDT

Vol.21Jan.

No.119.99

粉末冶金制件中孔隙的超声评价

梁菁史亦韦韩波

(北京航空材料研究院，北京100095)

摘要介绍粉末冶金制件中孔隙的超声评价方法及运用该方法在FGH95粉末材料中得到的一些试验结果。结果表明，超声速度和材料密度之间存在一定的对应关系。当材料中孔隙达到一定尺寸时，可形成超声散射信号。

主题词粉末冶金孔隙超声检验

ULTRASONICPOWDER

EVALUATIONOFMETALLURGICAL

POROSITIESPRODUCTS

IN

LiangJingShiYiweiHanBo

(BeijingInstituteofAeronauticalMaterials)

A.bstractUltrasonicdetectionofporositiesinpowdermetallurgicalproductsandtestresultsofFGH95pow-dermetallurgicalmaterialsaredescribed.Itisshownthatthereiscorrespondingrelationshipbetweenultrasonicvelosityanddensity.Ultrasonicbackscattersignalsmaybeobservedwhenthesizeofaporosit:yislargeenough.

KeywordsPowdermetallurgicalproductPorosityUltrasonicinspection

雾化制粉、热等静压成型所得到的粉末冶金件热处理后的微观组织分析表明，其中可能存在一定数量和尺寸的孔隙，形成的原因主要是由于粉末高温合金在全惰性状态下制造时，氩保护给合金带来的特殊问题。即合金在成型后再加热时，不溶于基体的氩气产生聚集和热胀形成气孔。合金中氩的来源主要是氩气雾化制粉中的空心粉、颗粒表面的吸附氩及热等静压过程中高压氩气压力介质向包套中的渗漏。孔隙型缺陷严重降低合金塑性和疲劳寿命，是粉末高温合金三大缺陷(夹杂物、气孔和原始颗粒边界)之一。因此，研究气孔型缺陷的无损检验方法是十分有意义的。

由于孔隙的存在会造成材料密度和弹性模量的变化，在超声特性上表现为声速的变化，所以一般常用超声声速法评价[1,2];孔隙增大到一定尺寸时可成为散射源，气孔引起的信号通过叠加干涉，形成超声反向散射信号。因此超声散射信号的幅度应能反映孔隙含量和气孔大小情况。

本文介绍在粉末高温合金件的研制过程中运用声速测量和反向散射测量技术得到的一些试验结果，并对结果进行了分析和讨论。

1试验原理

1.1微孔隙的声速漂移评估

对于各向同性均匀多晶材料，超声纵波速度v

和材料弹性模量E之间的关系可表示为

式中p-—材料密度σ--泊松比

对于金属而言σ=0.3,故式(1)可写成

(1)

(2)

由于aE/ap1,而孔隙的出现总是导致密度的下降，所以可用声速的测量来评估材料中孔隙的含量。

1.2微孔隙的超声反向散射表征

当超声波入射至包含大量散射体的物体中时，入射超声场中各单个散射体所引起的信号叠加干涉形成反向散射信号，被探头所接收，在荧光屏上以噪声信号的形式表现出来。由于散射波源为大量密集的质点(如微孔)或组织因子(如晶粒),因此反向散射信号反映了材料组织结构情况。由于FHG95材

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梁菁等：粉末冶金制件中孔隙的超声评价

料晶粒细小、组织均匀，一般由晶粒产生的散射很弱。通过适当地选择试验条件，有可能用上述方法评价孔隙情况。

2试验装置

试验采用德国Krautkramer公司生产的USIP-12型超声检测仪，美国Tek公司生产的Tek7854示波器及美国Panametrics公司生产的M113-HD和M1504-R探头，15MHz,φ6mm。

3试验方法和结果

3.1微孔隙的声速漂移评估

一批含不同孔隙率的FGH95合金的粉末试样，密度值已用排水法测得。采用Tek7854示波器测量试样一次底波和二次底波之间的时间间隔△t,用螺旋千分尺测量试样厚度h,然后将两次回波之间的时间差除沿入射方向试样厚度的两倍，即得到