In collaborazione con Linseis Messgeräte GmbH e RECENDT GmbH (Centro di Ricerca per i Controlli Non Distruttivi GmbH) è stato sviluppato un sistema di determinazione della granulometria in tempo reale sulla base di un sistema dilatometrico ( DIL L78 ) e di un sistema sistema laser-ultrasonico adattato (LUS) è stato sviluppato.
La granulometria viene determinata dai dati LUS come segue:
La tecnologia NDT non distruttiva “Laser Ultrasound” (LUS) consente un’analisi in situ della dimensione dei grani basata sulla valutazione dell’attenuazione degli ultrasuoni in funzione della frequenza 𝛼(𝑓), causata principalmente dalla dispersione ai confini dei grani nella metodologia applicata.
L’attenuazione degli ultrasuoni in funzione della frequenza viene modellata utilizzando la seguente funzione esponenziale:
𝛼(𝑓)=𝑎+𝑏𝑓𝑛
Qui, 𝛼(𝑓) è composto da un coefficiente di assorbimento 𝑎, un coefficiente di dispersione 𝑏, la frequenza 𝑓 e l’esponente 𝑛, dove il coefficiente di assorbimento descrive le perdite per attrito interno e il coefficiente di dispersione è l’interessante parametro granulometrico (proporzionale alla dimensione media dei grani).
L’esponente 𝑛 deriva dal rapporto tra la lunghezza d’onda acustica e la dimensione media dei grani, per cui si distinguono solitamente tre tipi di diffusione: la diffusione di Rayleigh (𝑛=4), quella stocastica (𝑛=2) e quella geometrica (𝑛=0) [1].
𝛼(𝑓)=𝑎+𝐶 (𝐷-𝐷0)𝑛-1 𝑓𝑛
Il prodotto del parametro dipendente dal materiale 𝐶 e la variazione relativa della dimensione media dei grani 𝐷-𝐷0 (𝐷0 – dimensione dei grani allo stato iniziale) viene qui utilizzato per il coefficiente di diffusione 𝑏. La calibrazione del modello utilizzando valori medi di granulometria ricavati da micrografie a condizioni di temperatura specifiche fornisce il parametro 𝐶 [2].
Le misurazioni laser a ultrasuoni e l’analisi dei dati utilizzando questo modello di attenuazione forniscono una visione in tempo reale (in-situ) della crescita dei grani di un materiale durante i cicli termici. La Figura 2 mostra un impressionante confronto tra i risultati in tempo reale di queste misurazioni LUS (punti) e diverse analisi micrografiche che richiedono molto tempo (segni colorati ×).
Fonti:
[1] S. Sarkar, A. Moreau, M. Militzer e W. J. Poole, “Evoluzione della ricristallizzazione dell’austenite e della crescita dei grani mediante ultrasuoni laser”, Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., vol. 39 A, n. 4, pp. 897-907, 2008, doi: 10.1007/s11661-007-9461-6 .
[2] T. Garcin, J. H. Schmitt, and M. Militzer, “In-situ laser ultrasonic grain size measurement in superalloy INCONEL 718,” J. Alloys Compd., vol. 670, pp. 329-336, 2016, doi: 10.1016/j.jallcom.2016.01.222 .
