深衝壓鋁合金薄板極圖數據的快速檢測方法
2023-06-04 11:09:36
專利名稱：深衝壓鋁合金薄板極圖數據的快速檢測方法
技術領域：
本發明屬於X射線檢測技術領域。
背景技術：
鋁合金薄板在工業上廣泛用於剛性飲料罐體材料的生產，在其加工製造中薄板要經過深衝壓拉伸變形，因此對鋁合金薄板的技術性能及其一致性和穩定性要求極為嚴格。而鋁合金薄板在加工過程中經常產生制耳效應，這對於高度自動化的罐體連續衝壓非常有害，大大降低生產效率和經濟利益。很早以前人們就已經發現了制耳與織構的內在聯繫，比如軋制織構會造成45°方向制耳，立方織構會造成0°或90°方向制耳。現在已經知道多種消除制耳效應的方法，其中比較合理的方法是使鋁板中同時出現比例適當的軋制織構和立方織構。因此，研究深衝壓鋁合金薄板在加工過程中的織構並對其進行在線檢測，通過控制加工工藝調整織構組分以消除制耳效應，就顯得十分重要。傳統的織構檢測通常採用離線的方式進行。這種檢測方式的主要缺點表現為具有破壞性、非即時性、非連續性等，不能滿足大規模現代化板材生產的需求。
深衝壓鋁合金薄板的開發與大規模生產使得現代化冶金生產企業非常迫切地尋求建立一種在線無損檢測技術，以便監督生產流程並監視與鋁板各向異性密切相關的塑性應變比的穩定性。這種在線檢測技術主要用在鋁板的連續生產線上，可快速、連續、無損地檢測鋁板性能。
塑性應變比(亦稱Lankford係數)是表示板材衝壓性能的重要參數。文獻Arch.Eisenhiittenwes.，52(1981)，407-411中Bunge，H.J.提出在線檢測首先要檢測到板材的極圖數據，然後依據極圖數據，並藉助取向分布函數和一定的塑性變形模型來計算板材的塑性應變比，其中未能解決的一個關鍵環節在於快速、準確地獲取大量極圖數據。
在實驗室人們往往藉助中子、X射線或電子束等射線通過單點(零維)極圖數據記錄模式，經很長時間測得若干組極圖數據，並由此算出較為準確的取向分布函數。這種方法由於複雜、費時，顯然不能用於生產現場的在線檢測。據文獻Stahlu.Eisen，105(1985)，509-516報導Bttcher和Kopineck等人開發了一種X射線在線測量深衝鋼板極圖數據的技術。這種技術的要點在於把極圖數據的傳統單點(零維)記錄方式改進成一維多點的能譜探測器記錄方式，瞬時可記錄二、三十個極圖數據。該方法提高了極圖數據的記錄速度，並由此算出簡化的取向分布函數。這一技術已被應用於德國Thyssen Krupp鋼鐵公司深衝鋼板生產線。但是，過於簡化的取向分布函數會明顯影響在線檢測織構的精度。在實驗室通常需要檢測數千個極圖數據用以計算準確的取向分布函數；僅利用二、三十個極圖數據所計算出來的簡化取向分布函數隻具有較低的精度，因此現有的在線檢測技術並不具有較高實用價值。文獻Materials Science Forum，408-412(2002)227-232中報導了對具有纖維織構的深衝鋼板進行的在線檢測研究，指出基於X射線二維探測系統可以實現深衝鋼板極圖數據的快速檢測。但是深衝鋼板以{111}面平行於軋面的{111}面織構為主，其快速檢測所採用的測量範圍的選取原則和相關的檢測角度不適用於檢測衝壓鋁板。深衝壓鋁合金薄板的織構類型以軋制織構和退火立方織構等板織構為主，因此必須採用新的測量原則和測量參數，以保證本檢測方法適用於不同類型的板織構。
發明內容
本發明針對深衝壓鋁合金薄板的極圖檢測中存在的速度較慢問題，提出一種基於X射線二維探測系統的快速檢測深衝壓鋁合金薄板極圖的方法，從而在提高測量速度的同時，進一步提高在線測量的精度，以適合工業應用。
本發明在面心立方結構的鋁晶面指數為{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9個不同極圖中任選2至4個晶面作為待測量的極圖；在X射線二維探測系統的探測平面能夠記錄的空間範圍內同時記錄這些極圖的相關數據。其測量範圍為探測緯度角χ角為π/6～π/3，經度角角為在0～2π區域內任取連續的四分之一，即測量跨度為π/2。
本發明測量速度快、精度高的特點可以通過傳統的實驗室檢測方法和本發明所表達的方法比較後得到證明，分別如圖1和圖2所示。從圖1中可知獲取極圖數據的空間角度範圍，其中χ角的取值範圍是0～π/2，角的取值範圍是0～2π，通常為了計算取向分布函數，往往需要利用X射線反射法在0至略小於π/2的χ角範圍內以及0至2π的角範圍內，即圖1的灰色區域，測量若干個{hkl}晶面指數不同的極圖數據組，涉及數千個極圖數據；並由此計算高精度的取向分布函數。對比圖2，本發明的研究工作表明一方面在保證取向分布函數精度的基礎上，根據深衝壓鋁合金薄板的織構特徵和對稱性可以適當減少檢測不同{hkl}晶面的極圖數據量；另一方面把傳統極圖數據單點(零維)的記錄方式改進成了二維的瞬時大量記錄模式，使本發明所選取的測量範圍可以獲得傳統測量方式所能得到的數千個極圖數據中最重要的數百個極圖數據，這些數據可以保證所計算的取向分布函數以及反算的完整極圖的精度與傳統測算方法一致，而檢測時間約為傳統檢測方式的百分之一，從而可以極大地提高記錄速度，保證極圖檢測精度的前提下，實現在線檢測，適合於鋁合金板材織構在線檢測的工業應用。
圖1為常規獲取極圖數據的範圍(灰色區)，在球坐標系中給出緯度角χ和經度角所涉及角度範圍的平面投影圖；
圖2為本發明所需獲取極圖數據的範圍(灰色區)，在球坐標系中給出緯度角χ和經度角所涉及角度範圍的平面投影圖；圖3為藉助傳統圖1區檢測方法獲得的深衝壓鋁合金薄板完整的{111}反算極圖(極圖密度水平細線2.0，粗線3.0)；圖4為藉助二維探測系統圖2區檢測方法獲得的深衝壓鋁合金薄板完整的{111}反算極圖(極圖密度水平細線2.0，粗線3.0)。
具體實施例方式分別利用圖1和圖2所示的方法和區域，對國產深衝壓鋁合金薄板的{111}和{200}兩個極圖的數據進行了檢測。其測量範圍為χ角為π/6～π/3，以連續方式測量；角測量跨度為π/2，取值間隔為π/36。然後利用常規的級數展開法計算相應的取向分布函數。其結果如圖3、圖4所示。由圖4可以看出，在利用本方法所檢測到的極圖中，在極圖的上下端以及距離極圖中心上下端不遠的地方均檢測到了大於3.0的密度值；極圖的其他部位大多只有很低的密度值。這與圖3所示的，用傳統方法所檢測到的極圖上的密度分布基本一致，顯示了本方法具有較高精度，適合工業應用。
權利要求
1.一種基於X射線二維探測系統快速檢測深衝壓鋁合金薄板極圖的方法，其特徵為在面心立方結構的鋁晶面指數為{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9個不同極圖中任選2至4個晶面作為待測極圖；在X射線二維探測系統的探測緯度角x的π/6～π/3以及經度角在0～2π區域內任取連續的四分之一的範圍內同時測得各極圖的相關數據。
全文摘要
本發明提供了一種深衝壓鋁合金薄板極圖數據的快速檢測方法，屬於X射線檢測技術領域。本發明是在面心立方結構的鋁晶面指數為{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9個不同極圖中任選2至4個晶面作為待測極圖，在X射線二維探測系統x角π/6～π/3的範圍內以及φ角連續π/2的範圍內同時測量各極圖數據。基於這些測量數據可以保證所計算的取向分布函數和反算完整極圖的精度與傳統測算方法一致，而檢測時間約為傳統檢測方式的百分之一，從而在保證極圖檢測精度的前提下，實現在線檢測，適合於鋁合金板材織構在線檢測的工業應用。
文檔編號G01N23/00GK1540322SQ20031010305
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月31日 優先權日2003年10月31日
發明者陳冷, 毛衛民, 馮惠平, 陳 冷 申請人:北京科技大學