利用超声波散射来考察金属晶粒及组织的可能性，早在1946年(美国)和1948年(苏联)就已经提出来了。但由于试验技术上的困难和不容易验证理论结果，研究工作进展缓慢。针对该项研究开展了大量实验及理论分析工作，涉及到的文献非常多。对上述研究结果加以归纳，可得出有关晶粒度超声波无损表征的基本结论:

1) 由于初始条件与实际测量之间的差别(例如，晶粒也许并非随机取向的，也许在晶界上有沉积、晶粒夹杂或孪晶等)，因此通用测试条件下定量实验结果与理论之间很难获得好的一致性，一致性程度取决于模型与具体实验对象之间的差异程度。

2) 在得到控制的条件下，利用超声波散射测量晶粒大小的理论和实验之间有着相当良好的一致性。只要精心测量，并能与构成其特征的有关信息之间建立相关关系，超声波散射就能用来估测晶粒的大小，但只能在比较的基础上进行。

对于晶粒内没有亚结构的简单组织，以及不考虑第二相、晶界及沉淀物影响的情况而言，晶粒度的超声波表征与显微组织的超声波表征内容基本是一致的。但是实际生产中所用的很多材料往往具有复杂的相结构，因此接收到的信号中包含了超声波与晶粒、晶界、第二相等综合作用的影响，对这类材料进行超声波表征的难度则更大。

由于多晶材料中晶粒的超声波散射是构成散射系数的主要原因，因此可以通过测量衰减系数的方法来表征多晶材料的平均晶粒度。又由于超声波与材料之间的相互作用与超声波的波长之间有密切关系，也就是与超声波频率有相关性，因此，针对利用超声波衰减系数及衰减谱进行多晶材料晶粒尺寸表征开展了大量研究工作并取得了成果。

根据材料的平均晶粒尺寸D与超声波波长λ之间比值的不同，超声波散射衰减与D以及频率f满足不同的散射机理:

①当λ>>D，属于瑞利散射，。

②当λ≈D，属于随机散射，。

③当λ< 。

本书主要从以下几方面进行介绍:

(1）衰减法  根据待测部件种类及对晶粒尺寸的评估要求，该方法在制备标准试样时要经过固溶退火以保证获得均匀的微观组织。要在试样中获得感兴趣的晶粒尺寸范围，需要通过热处理或热处理后的冷加工工艺获得。同时要根据样品尺寸和衰减情况来选择超声波探头以及检测频率。

首先要用金相学方法估计试样的平均晶粒度并作记录，然后利用衰减测量方法，在不同频率下，精确测量所有标准试样的衰减。利用超声波衰减测量结果和金相法获得的晶粒尺寸绘制出如图8-10所示的标准图。观察发现，在4MHz频率下平均晶粒尺寸与超声波衰减值之间成线性关系。对于待测晶粒尺寸，此图最适于作为标准图。如果现有一个成分、尺寸与标准试样相同但晶粒度未知的试样，那么就可以通过测量该试样的超声波衰减值并利用标准图来估算其晶粒度。衰减法的主要缺点是忽略了耦合及衍射对测量结果的影响，而这些因素往往会导致结果错误。

衰减法的最大优点就是操作简单，然而该方法的可靠性取决于耦合情况以及操作者对衍射修正等的估计，尤其是在较厚试样上进行衰减法测量时更需要仔细考虑以上影响因素。因此，由于不容易得到一致的耦合条件，或由于不清楚探头发射的声束扩散角而难以精确估计对于超声波衍射情况的修正，导致衰减法在实际应用中受到很大限制。

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