超声波检测弹性模量与各向异性特性

1.各向同性材料

对于各向同性材料，如果超声纵波和横波速度（c_L和c_T）已经测得，则泊松比（ν）可按下式计算：

从而，在测得密度后可用下式计算出弹性模量（E）和切变模量（G）

如图13.3-9所示，由方程式（13.3-3）计算出的弹性模量随SiC_P含量的增大而增大。对于相同含量的SiC_P，根据组元颗粒尺寸的不同，弹性模量也不同。在同一图中也看到硬度值也有相似的变化，这结果证明超声纵波和横波速度可用来检测力学性能。

图13.3-9 对于不同颗粒尺寸铝粉（ϕ25μm，ϕ180μm）和相同颗粒尺寸SiC（10μm）的组合，SiC含量与计算所得弹性模量及测得硬度之间的关系(www.xing528.com)

2.各向异性材料

对于各向异性材料，二阶弹性模量的值可用关系式C_ij=ρc²_ij计算，这里ρ为密度，c_ij则为沿i方向传播沿j方向偏振的橫波速度（见图13.3-10），这是可以用垂直入射、水平偏振的超声波压电换能器来测得的。

图13.3-10 速度标示图

注：1、2、3分别为挤出方向、横向和厚度方向。

表13.3-2为不同SiC_P含量（体积分数）的2124铝合金挤压粉末冶金坯料的正交弹性模量的情况，对于每一试样，沿挤出方向（方向1）正交垂直弹性模量（c₁₁）是最高的，其次是沿横向（c₁₂），最低是沿厚度方向（c₃₃）。对于30%的试样，c₁₁和c₃₃之间相差约为9%，但在挤压面内相差则较小，系数c₆₆（=G₁₂）有最高值，c₅₅（=G₁₃）和c₄₄（=G₂₃）则几乎相同。从表13.3-2可看到，对于2124Al/SiC_P材料，弹性模量随SiC_P体积分数的增大而增大，增大的变化率不是线性的，与未经增强的试样相比，对于30%的试样，c₁₁和G₁₂分别增大约50%和80%。

表13.3-3则为不同SiC_P含量增强的X2080铝合金在不同挤压比下的弹性模量。