We współpracy z Linseis Messgeräte GmbH i RECENDT GmbH (Centrum Badań Nieniszczących GmbH) opracowano system określania wielkości ziarna w czasie rzeczywistym na podstawie systemu dylatometrycznego ( DIL L78 ) i zaadaptowanego system laserowo-ultradźwiękowy (LUS) został opracowany.
Wielkość ziarna jest określana na podstawie danych LUS w następujący sposób:
Nieniszcząca technologia NDT „Laser Ultrasound” (LUS) umożliwia analizę in-situ wielkości ziarna w oparciu o ocenę zależnego od częstotliwości tłumienia ultradźwiękowego 𝛼(𝑓), które jest głównie spowodowane rozpraszaniem na granicach ziaren w zastosowanej metodologii.
To zależne od częstotliwości tłumienie ultradźwięków jest modelowane za pomocą następującej funkcji wykładniczej:
𝛼(𝑓)=𝑎+𝑏𝑓𝑛
Tutaj 𝛼(𝑓) składa się ze współczynnika absorpcji 𝑎, współczynnika rozproszenia 𝑏, częstotliwości 𝑓 i wykładnika 𝑛, przy czym współczynnik absorpcji opisuje straty tarcia wewnętrznego, a współczynnik rozproszenia jest interesującym parametrem wielkości ziarna (proporcjonalnym do średniej wielkości ziarna).
Wykładnik 𝑛 wynika ze stosunku długości fali akustycznej do średniej wielkości ziarna, przy czym zwykle wyróżnia się trzy rodzaje rozpraszania: Rayleigha (𝑛=4), stochastyczne (𝑛=2) i geometryczne (𝑛=0) [1].
𝛼(𝑓)=𝑎+𝐶 (𝐷-𝐷0)𝑛-1 𝑓𝑛
Iloczyn parametru zależnego od materiału 𝐶 i względnej zmiany średniej wielkości ziarna 𝐷-𝐷0 (𝐷0 – wielkość ziarna w stanie początkowym) jest tutaj używany do współczynnika rozpraszania 𝑏. Kalibracja modelu przy użyciu średnich wartości wielkości ziaren z mikrografów w określonych warunkach temperaturowych zapewnia parametr 𝐶 [2].
Laserowe pomiary ultradźwiękowe i analiza danych przy użyciu tego modelu tłumienia zapewniają wgląd w czasie rzeczywistym (in-situ) we wzrost ziarna materiału podczas cykli termicznych. Rysunek 2 przedstawia imponujące porównanie tych wyników LUS w czasie rzeczywistym (kropki) z kilkoma czasochłonnymi analizami mikrograficznymi (kolorowe oznaczenia ×).
Źródła:
[1] S. Sarkar, A. Moreau, M. Militzer i W. J. Poole, „Evolution of austenite recrystallisation and grain growth using laser ultrasonics”, Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., vol. 39 A, nr 4, s. 897-907, 2008, doi: 10.1007/s11661-007-9461-6 .
[2] T. Garcin, J. H. Schmitt i M. Militzer, „In-situ laserowy ultradźwiękowy pomiar wielkości ziarna w nadstopie INCONEL 718”, J. Alloys Compd., vol. 670, pp. 329-336, 2016, doi: 10.1016/j.jallcom.2016.01.222 .
