专利名称：深冲压铝合金薄板极图数据的快速检测方法
技术领域：
本发明属于X射线检测技术领域。
背景技术：
铝合金薄板在工业上广泛用于刚性饮料罐体材料的生产，在其加工制造中薄板要经过深冲压拉伸变形，因此对铝合金薄板的技术性能及其一致性和稳定性要求极为严格。而铝合金薄板在加工过程中经常产生制耳效应，这对于高度自动化的罐体连续冲压非常有害，大大降低生产效率和经济利益。很早以前人们就已经发现了制耳与织构的内在联系，比如轧制织构会造成45°方向制耳，立方织构会造成0°或90°方向制耳。现在已经知道多种消除制耳效应的方法，其中比较合理的方法是使铝板中同时出现比例适当的轧制织构和立方织构。因此，研究深冲压铝合金薄板在加工过程中的织构并对其进行在线检测，通过控制加工工艺调整织构组分以消除制耳效应，就显得十分重要。传统的织构检测通常采用离线的方式进行。这种检测方式的主要缺点表现为具有破坏性、非即时性、非连续性等，不能满足大规模现代化板材生产的需求。
深冲压铝合金薄板的开发与大规模生产使得现代化冶金生产企业非常迫切地寻求建立一种在线无损检测技术，以便监督生产流程并监视与铝板各向异性密切相关的塑性应变比的稳定性。这种在线检测技术主要用在铝板的连续生产线上，可快速、连续、无损地检测铝板性能。
塑性应变比(亦称Lankford系数)是表示板材冲压性能的重要参数。文献Arch.Eisenhiittenwes.，52(1981)，407-411中Bunge，H.J.提出在线检测首先要检测到板材的极图数据，然后依据极图数据，并借助取向分布函数和一定的塑性变形模型来计算板材的塑性应变比，其中未能解决的一个关键环节在于快速、准确地获取大量极图数据。
在实验室人们往往借助中子、X射线或电子束等射线通过单点(零维)极图数据记录模式，经很长时间测得若干组极图数据，并由此算出较为准确的取向分布函数。这种方法由于复杂、费时，显然不能用于生产现场的在线检测。据文献Stahlu.Eisen，105(1985)，509-516报道Bttcher和Kopineck等人开发了一种X射线在线测量深冲钢板极图数据的技术。这种技术的要点在于把极图数据的传统单点(零维)记录方式改进成一维多点的能谱探测器记录方式，瞬时可记录二、三十个极图数据。该方法提高了极图数据的记录速度，并由此算出简化的取向分布函数。这一技术已被应用于德国Thyssen Krupp钢铁公司深冲钢板生产线。但是，过于简化的取向分布函数会明显影响在线检测织构的精度。在实验室通常需要检测数千个极图数据用以计算准确的取向分布函数；仅利用二、三十个极图数据所计算出来的简化取向分布函数只具有较低的精度，因此现有的在线检测技术并不具有较高实用价值。文献Materials Science Forum，408-412(2002)227-232中报道了对具有纤维织构的深冲钢板进行的在线检测研究，指出基于X射线二维探测系统可以实现深冲钢板极图数据的快速检测。但是深冲钢板以{111}面平行于轧面的{111}面织构为主，其快速检测所采用的测量范围的选取原则和相关的检测角度不适用于检测冲压铝板。深冲压铝合金薄板的织构类型以轧制织构和退火立方织构等板织构为主，因此必须采用新的测量原则和测量参数，以保证本检测方法适用于不同类型的板织构。
发明内容
本发明针对深冲压铝合金薄板的极图检测中存在的速度较慢问题，提出一种基于X射线二维探测系统的快速检测深冲压铝合金薄板极图的方法，从而在提高测量速度的同时，进一步提高在线测量的精度，以适合工业应用。
本发明在面心立方结构的铝晶面指数为{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9个不同极图中任选2至4个晶面作为待测量的极图；在X射线二维探测系统的探测平面能够记录的空间范围内同时记录这些极图的相关数据。其测量范围为探测纬度角χ角为π/6～π/3，经度角角为在0～2π区域内任取连续的四分之一，即测量跨度为π/2。
本发明测量速度快、精度高的特点可以通过传统的实验室检测方法和本发明所表达的方法比较后得到证明，分别如图1和图2所示。从图1中可知获取极图数据的空间角度范围，其中χ角的取值范围是0～π/2，角的取值范围是0～2π，通常为了计算取向分布函数，往往需要利用X射线反射法在0至略小于π/2的χ角范围内以及0至2π的角范围内，即图1的灰色区域，测量若干个{hkl}晶面指数不同的极图数据组，涉及数千个极图数据；并由此计算高精度的取向分布函数。对比图2，本发明的研究工作表明一方面在保证取向分布函数精度的基础上，根据深冲压铝合金薄板的织构特征和对称性可以适当减少检测不同{hkl}晶面的极图数据量；另一方面把传统极图数据单点(零维)的记录方式改进成了二维的瞬时大量记录模式，使本发明所选取的测量范围可以获得传统测量方式所能得到的数千个极图数据中最重要的数百个极图数据，这些数据可以保证所计算的取向分布函数以及反算的完整极图的精度与传统测算方法一致，而检测时间约为传统检测方式的百分之一，从而可以极大地提高记录速度，保证极图检测精度的前提下，实现在线检测，适合于铝合金板材织构在线检测的工业应用。
图1为常规获取极图数据的范围(灰色区)，在球坐标系中给出纬度角χ和经度角所涉及角度范围的平面投影图；
图2为本发明所需获取极图数据的范围(灰色区)，在球坐标系中给出纬度角χ和经度角所涉及角度范围的平面投影图；图3为借助传统图1区检测方法获得的深冲压铝合金薄板完整的{111}反算极图(极图密度水平细线2.0，粗线3.0)；图4为借助二维探测系统图2区检测方法获得的深冲压铝合金薄板完整的{111}反算极图(极图密度水平细线2.0，粗线3.0)。
具体实施例方式分别利用图1和图2所示的方法和区域，对国产深冲压铝合金薄板的{111}和{200}两个极图的数据进行了检测。其测量范围为χ角为π/6～π/3，以连续方式测量；角测量跨度为π/2，取值间隔为π/36。然后利用常规的级数展开法计算相应的取向分布函数。其结果如图3、图4所示。由图4可以看出，在利用本方法所检测到的极图中，在极图的上下端以及距离极图中心上下端不远的地方均检测到了大于3.0的密度值；极图的其他部位大多只有很低的密度值。这与图3所示的，用传统方法所检测到的极图上的密度分布基本一致，显示了本方法具有较高精度，适合工业应用。
权利要求
1.一种基于X射线二维探测系统快速检测深冲压铝合金薄板极图的方法，其特征为在面心立方结构的铝晶面指数为{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9个不同极图中任选2至4个晶面作为待测极图；在X射线二维探测系统的探测纬度角x的π/6～π/3以及经度角在0～2π区域内任取连续的四分之一的范围内同时测得各极图的相关数据。
全文摘要
本发明提供了一种深冲压铝合金薄板极图数据的快速检测方法，属于X射线检测技术领域。本发明是在面心立方结构的铝晶面指数为{111}、{200}、{220}、{311}、{222}、{400}、{331}、{420}和{422}的9个不同极图中任选2至4个晶面作为待测极图，在X射线二维探测系统x角π/6～π/3的范围内以及φ角连续π/2的范围内同时测量各极图数据。基于这些测量数据可以保证所计算的取向分布函数和反算完整极图的精度与传统测算方法一致，而检测时间约为传统检测方式的百分之一，从而在保证极图检测精度的前提下，实现在线检测，适合于铝合金板材织构在线检测的工业应用。
文档编号G01N23/00GK1540322SQ20031010305
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者陈冷, 毛卫民, 冯惠平, 陈 冷 申请人:北京科技大学