Ультразвуковой способ контроля содержания примесей в чистых металлах Советский патент 1975 года по МПК B06B1/00 G01N21/00 

1

Известен ультразвуковой способ контроля содержания примесей в чистых металлах измерением частотного максимума ультразвукового дислокационного поглощения.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что испытуемый образец, ультразвуковое поглощение которого предварительно измерено, пластически деформируют и по измеренной на фиксированной частоте скорости возврата ультразвукового поглощения в деформированном образце определяют количество примесей. Это сокращает время измерения и упрощает процесс контроля.

На чертеже приведены временные характеристики ультразвукового поглощения для групп образцов алюминия.

Образец исследуемого металла подвергают действию кратковременной сжимающей нагрузки, что приводит к появлению определенной пластической деформации. Образуются новые дислокации и, следовательно, резко возрастает коэффициент поглощения ультразвука в образце. Дислокации постепенно закрепляются подвижными точечными дефектами, число которых определяется количеством примесей в металле. В результате ультразвуковое поглощение постепенно уменьщается. Процесс восстановления поглощения идет тем быстрее, чем больше примесей в металле. Если сразу же после прекр ащения действия нагрузки начать фиксировать временное изменение коэффициента ультразвукового поглощения в образце, то можно судить о количестве примесей в металле.

Исходя из современных дислокационных представлений о механизме акустического поглощения, связь скорости восстановления ультразвукового поглощения с чистотой металла теоретически можно объяснить следующим образом.

Как известно, коэффициент поглощения ультразвука а, обязанный наличию дислокации, пропорционален плотности дислокации

Л, умноженной на эффективную длину дислокационных петель Lg

а ALl(1)

LO выражается уравнением 201 1 , уп 1 Ув

(2)

/-э N аа

где LN - расстояние между узлами сетки от пересечения дислокаций; а - постоянная решетки; фпр, фв - линейные концентрации примесей и вакансий на дислокации.

Таким образом, в зависимости от концентрации точечных дефектов должно меняться Ьэ, а следовательно, и коэффициент поглощеНИН ультразвука.... Возникающие сразу после деформации металла дислокационные петли имеют наибольшую возможную длину, а поэтому очевидно, что ультразвуковое поглощение будет при этом максимальным. Диффундирующие точечные дефекты уменьшают Ьэ, вследствие чего а постепенно падает. Поскольку у вакансии обычно значительно более низкие энергии активации процесса диффузии, возврат ультразвукового поглощения осуществляется, главным образом, за счет вакансионного движения. Если обозначить через Дао максимальный прирост (скачок) коэффициента поглощения в момент деформации, то, как показывают теоретические расчеты, для момента времени i можно написать уравнение: Аа L- Дйц Л(Л - постоянная, зависядая от сорта металла и температуры). При комнатных температурах , поэтомуКонцентрация вакансий в металле, как изiecTHo, возрастает с повышением содержания 1римесей в результате взаимодействия между 1ИМИ. Из формулы (3) следует, что процесс юзврата ультразвукового поглощения будет -1ДТИ тем быстрее, чем выше содержание приvieceA в металле. Проведенный комплекс экспериментальных исследований полностью подтвердил этот выюд. Опыты велись на образцах алюминия )азличной чистоты. Количественное содержа1ие примесей (в ат. %) определялось хими еским анализом, рез льтаты которого для рех групп образцов приведены в таблице.

Оказалось, что временное изменение ультразвукового поглощения во всех исследованных образцах удовлетворительно описывается формулой (3). При этом оно приблизительно пропорционально суммарной объемной концентрации примесей.

Предмет изобретения

Ультразвуковой способ контроля содержания примесей в чистых металлах, отличаюциися тем, что, с целью сокращения време1и измерения и упрощения процесса контроля, 1спытуемый образец, ультразвуковое поглоцение которого предварительно измерено, тластически деформируют и по измеренной la фиксированной рабочей частоте скорости юзврата ультразвукового поглощения в де)ормированном образце определяют количе;тво примесей.