열처리된 알루미늄 합금의 초음파 비선형 특성 평가

Abstract

본 연구에서는 열처리된 알루미늄 합금의 초음파 비선형 특성을 평가하였다. 초음파의 비선형성은 재료를 전파한 초음파의 2차고조파와 기본주파수 성분의 진폭비에 의존하는 비선형 파라미터 ${\beta}$로 측정하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$의 측정은 접촉식 탐촉자를 이용하여 동일 평면상에서 시편저면에서 반사된 신호로부터 구하였다. 열처리(시효)는 $300^{\circ}C$에서 1시간부터 50시간까지 다양한 유지시간동안 수행하였다. 인장시험으로부터 인장강도와 연신율을 구하고 비선형 파라미터와 비교하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$는 시효시간 5시간에서 피크를 나타내고 이후는 감소하였다. 이는 인장강도와 연신율의 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한 비선형 파라미터가 피크를 나타낸 열처리 시간과 인장곡선에서 최대변화가 나타난 열처리 시간이 일치하였다. 이 같은 결과는 알루미늄합금의 시효처리로 인한 강도 변화를 모니터링 하는데 초음파의 비선형성이 유용할 수 있음을 보여준다.In this study, ultrasonic nonlinear characteristics in the heat-treated aluminum alloy have been evaluated. The nonlinearity of ultrasonic wave has been measured as the acoustic nonlinear parameter ${\beta}$, depending upon the amplitude ratio of the second-order harmonic and the fundamental frequency component of ultrasonic wave propagating through the materials. The parameter ${\beta}$ measurement has been carried out with the reflected signals from the back-wall of specimens at the same plane using the contact-type transducers. The heat-treatment, aging, has been achieved at $300^{\circ}C$ for various durations in the range of 1 to 50 hours. The tensile strength and elongation are obtained by the tensile test and then compared with the parameter ${\beta}$. There is a peak of the acoustic nonlinear parameter ${\beta}$ on 5 hours aging and the ${\beta}$ decreases thereafter, exhibiting closed relations with tensile strength and elongation. Also, the heat-treatment time showing peak in the parameter ${\beta}$ was identical to that showing severe change in the ${\sigma}-{\varepsilon}$ curve. These results suggest that the acoustic nonlinear parameter ${\beta}$ can be used for monitoring the strength variations with aging of aluminum alloys.