RU2052809C1 - Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления - Google Patents
Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2052809C1 RU2052809C1 SU5003831A RU2052809C1 RU 2052809 C1 RU2052809 C1 RU 2052809C1 SU 5003831 A SU5003831 A SU 5003831A RU 2052809 C1 RU2052809 C1 RU 2052809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- brittle
- specimen
- slots
- parameters
- face
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано при определении уровня энергоемкости хрупкого разрушения. Суть изобретения заключается в установлении взаимосвязи уровня энергии, выделяемой при разрушении образца, максимальной величины амплитуды импульсов акустической эмиссии, возникающей при разрушении образца. Для испытания используют образец, выполненный в виде параллелепипеда, на его одной грани или двух противоположных гранях выполнены параллельные прорези перпендикулярно грани с равным шагом, а на перпендикулярных гранях параллельно ребру - ряд сквозных отверстий прямоугольной формы с равным шагом и надрезом со стороны прорезей. При испытании образец помещают в криокамеру и нагружают в середине каждой перемычки при температуре хрупкого разрушения. Регистрируют максимальную амплитуду импульсов акустической эмиссии и измеряют площадь хрупкой трещины, которые используют при определении уровня энергоемкости хрупкого разрушения. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к испытательной технике и используется для определения параметров хрупкого разрушения в металлургии и машиностроении.
Известно, что работу разрушения А материала можно определить при испытании на испытательных машинах по площади под диаграммой нагрузка-прогиб образцов с трещиной. Удельная работа разрушения: a A/Sо, где So площадь нетто сечения образца [1]
Наиболее близким к изобретению является способ определения параметров хрупкого разрушения, заключающийся в том, что образец деформируют до разрушения в температурной области хрупкого разрушения материала образца и регистрируют амплитуду импульсов акустической эмиссии, которую используют при определении контролируемого параметра [2]
Известен образец для определения параметров хрупкого разрушения, выполненный виде параллелепипеда с прорезями [3]
К недостаткам известного способа следует отнести необходимость достаточно большого объема экспериментального материала (что не всегда возможно при определенной форме готового изделия, из которого необходимо вырезать образцы), кроме того, образцы, вырезанные из различных частей изделия, могут при испытаниях в идентичных условиях дать существенный разброс результатов из-за неоднородности материала, например вследствие ликвации.
Наиболее близким к изобретению является способ определения параметров хрупкого разрушения, заключающийся в том, что образец деформируют до разрушения в температурной области хрупкого разрушения материала образца и регистрируют амплитуду импульсов акустической эмиссии, которую используют при определении контролируемого параметра [2]
Известен образец для определения параметров хрупкого разрушения, выполненный виде параллелепипеда с прорезями [3]
К недостаткам известного способа следует отнести необходимость достаточно большого объема экспериментального материала (что не всегда возможно при определенной форме готового изделия, из которого необходимо вырезать образцы), кроме того, образцы, вырезанные из различных частей изделия, могут при испытаниях в идентичных условиях дать существенный разброс результатов из-за неоднородности материала, например вследствие ликвации.
Суть изобретения заключается в определении уровня энергоемкости хрупкого разрушения по максимальным значениям амплитуд сигналов акустической эмиссии, возникающих при деформировании образца, обеспечивающего возможность определения контролируемого параметра при заданной температуре хрупкого разрушения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения параметров хрупкого разрушения, заключающемся в том, что образец деформируют до разрушения в температурной области хрупкого разрушения материала образца и регистрируют амплитуду сигналов акустической эмиссии, которую используют при определении контролируемого параметра, регистрируют максимальную амплитуду Ар импульса акустической эмиссии, возникающего при разрушении, и измеряют площадь S хрупкой трещины, а в качестве параметра хрупкого разрушения определяют уровень U энергоемкости по следующему соотношению
U где с скорость вскрытия хрупкой трещины-порядка скорости звука в материале;
k коэффициент, учитывающий потери в электроакустическом тракте.
U где с скорость вскрытия хрупкой трещины-порядка скорости звука в материале;
k коэффициент, учитывающий потери в электроакустическом тракте.
В образце для определения параметров хрупкого разрушения, выполненном в виде параллелепипеда с прорезями, прорези выполнены на одной грани или двух противоположных гранях, на гранях, перпендикулярных граням с прорезями, выполнен параллельный ребру грани ряд сквозных отверстий прямоугольной формы с равным шагом и надрезом со стороны прорезей, а шаг В и глубина С прорезей, ширина L и шаг А отверстий, расстояние Т отверстий до ребра граней и глубина N надреза выбраны из соотношений: B 0,7 L; T 0,4 L; N 0,5 L; A > 2 L; C > T.
На фиг. 1 представлен образец, общий вид; на фиг. 2 установка для осуществления способа определения уровня энергоемкости хрупкого разрушения.
Установка содержит нагружающее устройство 1 (твердомер Роквелла ТК-2М), индентор 2, образец 3, термокамеру 4, пьезопреобразователь 5, широкополосный предварительный усилитель 6, регистратор пиковых амплитуд 7, самописец 8, потенциометр 10, сосуд Дьюара 11, насос 12 и механизм перемещения со столиком 13.
Испытание каждого из микрообразцов проводят следующим образом. Образец, помещенный в криокамеру, охлаждают (если это необходимо) до температуры хрупкого разрушения, затем к микрообразцу над надрезом прикладывается постоянная нагрузка. При вскрытии трещины формируется импульс акустической эмиссии, который регистрируется пьезопреобразователем, закрепленным на одном из торцов образца.
При нагружении образца трещина длиной L, развиваясь под напряжением σ со скоростью с параллельно линии надреза, разгружает за время τ 1/c объем V π S2 /В (S-площадь трещины) с плотностью упругой энергии u, так что полная энергия упруго разгружаемого объема: U uV u πS2/B. Численное исследование задачи, где трещина моделируется как полость, на поверхности которой напряжения падают скачком до нуля показывает, что пиковая амплитуда АЭ пропорциональна выделяемой мощности kAp U /τ (Ap пиковая амплитуда от вскрытия хрупкой трещины; k учитывает потери в электроакустическом тракте и определяется экспериментально по калибровке установки методом падения стального шарика: U/τ' mg (h1 h2)/τ' kAo; U работа, совершаемая шариком при падении на образец; τ' длительность возбуждаемого шариком импульса; m масса падающего с высоты h1 шарика; h2 высота отскока шарика; g ускорение свободного падения; Ао пиковая амплитуда АЭ возбуждаемая шариком) или:
Ap πc u S/k (1)
U (2)
Следовательно, пиковая амплитуда акустической волны пропорциональна площади хрупкой трещины, а отношение Ар/S плотности упругой энергии при разгрузке материала.
Ap πc u S/k (1)
U (2)
Следовательно, пиковая амплитуда акустической волны пропорциональна площади хрупкой трещины, а отношение Ар/S плотности упругой энергии при разгрузке материала.
Таким образом, способ обеспечивает возможность регистрации плотности упругой энергии при разгрузке материала.
П р и м е р. Сопоставлены три плавки (1, 2 и 3) стали марки типа 35ХНЗМФА, выплавленные из одной и той же шихты с различным содержанием молибдена, мас. 0,010; 0,25 и 0,50, соответственно, так что содержание охрупчивающих примесей было практически одинаково и составляло, мас. P 0,015-0,018; Sb 0,0009-0,0011; As 0,0040-0,0044; Sn 0,002-0,004.
Для испытания по описываемому способу один малый образец (половинка испытанного на ударную вязкость образца размером 10х10х25 мм) системой прорезей разделен (при сохранении целостности) на 60 (по 30 с двух противоположных сторон) идентичных микрообразцов, пригодных для независимых испытаний на изгиб по схеме балки на двух опорах с защемленными концами (фиг. 1). Для этого поперек образца просверлены с шагом 4,0 мм отверстия диаметром 2,0 мм, которые с одной (рабочей) стороны опилены до прямоугольных, а в середине их сделан (проволокой 0,2 мм) электроискровой надрез глубиной 0,1 мм и радиусом 0,1 мм. После этого сделаны пять продольных сквозных пропилов глубиной 0,1 мм с шагом 0,46 мм. Так весь образец был поделен на сегменты (перемычки) (фиг. 1) балочные образцы с зещемленными концами, рабочим сечением (1,36±0,03) х x(0,77±0,03) мм и длиной 2,0±0,03 мм с U-образным надрезом глубиной 0,1±0,02 мм и радиусом в месте надреза 0,10±0,01 мм.
При нагружении до постоянной нагрузки регистрировалась максимальная амплитуда сигнала акустической эмиссии, отражающая размер хрупкой трещины в пластически деформируемом объеме микрообразца 1,36 х 0,67 х 2,0 мм3. Однократная установка датчика АЭ позволила сравнивать абсолютные амплитуды сигналов при неизменных переходных потерях.
В качестве нагружающего устройства установки (фиг. 2) использован твердомер Роквелла ТК-2М 1; индентор 2 твердосплавная треугольная призма (возможно использование других типов инденторов). Термокамера 4 с двойными стенками из стали 20 толщиной 2 мм и теплоизоляцией из текстолита толщиной 10 мм располагается на предметном столике твердомера 13, перемещающемся по горизонтали с шагом 0,01 мм от микровинтов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Для контроля температуры (с погрешностью ±5оС) в торец образца 3 зачеканена медьконстантановая термопара 9 диаметром 0,3 мм, выведенная на потенциометр (10) ПП-63 на ПЭВМ. Необходимая рабочая температура среды поддерживалась прокачкой из сосуда Дьюара 11 паров азота насосом АПХ-4 12 и регулировалась величиной подаваемого на него напряжения.
При температуре хрупкого разрушения индентор вдавливали усилием 1,5 кН за 5-8 с по одному разу на каждом сегменте с одновременной регистрацией сигналов АЭ. Второй торец образца отполирован алмазной пастой (АСМ 2/1 НОМ СТ СЭВ 206-75) и на нем тарированным прижимом закреплен широкополосный демпфированный пьезопреобразователь 5 (керамика ЦТС-19, толщина 0,8 мм, диаметр 4 мм). Сигнал с него подавался через широкополосный (6 КГц 10 МГц) предварительный усилитель 6 (коэффициент усиления 30 дБ при нелинейности амплитудно-частотной характеристики ±3 дБ) на быстродействующий регистратор 7 пиковых амплитуд АЭ и записывался на самопищущем приборе 8 типа Н338-6П (в динамическом диапазоне 90 дБ). Значения амплитуд АЭ измерялись в дБ относительно средней амплитуды импульсов шума установки (измеренной в каждом испытании за 30 с и составляющей 30 мкВ по входу).
Для проверки соответствия между амплитудой сигнала АЭ и размером трещин после испытания сегменты вырезали из образца и после декодирования и долома при комнатной температуре промеряли хрупкую хону излома на сканирующем электронном микроскопе "S-150" при увеличении х50-800.
Фрактография изломов после сериальных микроиспытаний показала, что сигналу АЭ в 10-90 дБ над уровнем шума соответствует появление по всей ширине микрообразца хрупкой трещины площадью 0,04-0,35 мм2.
Поэлементной проверкой воспроизводимости метода показано, что изменение расстояния до пьезодатчика в интервале R 6-20 мм вносит рассеяние амплитуд в пределах 2,5±0,4 дБ не более ошибки измерения от нелинейности амплитудно-частотной характеристики аппаратуры (±3 дБ) и им можно пренебречь; несоосность нагружения в пределах ±0,15 мм и разнотолщинность сегментов в пределах ±0,03 мм значимо не влияют на площадь образующихся хрупких трещин. При минус 196оС плотность упругой энергии при разгрузке материала u (по 2) для плавок 1, 2 и 3 составила 4065, 5668 и 6737 Дж/м3, а KCU 0,10; 0,19 и 0,20 МДж/м2 соответственно, отражая увеличение в 1,5-1,7 раза уровня энергоемкости хрупкого разрушения при смене его механизма от интеркристаллитного к транскристаллитному.
Claims (2)
1. Способ определения параметров хрупкого разрушения, заключающийся в том, что образец деформируют до разрушения в температурной области хрупкого разрушения материала и регистрируют амплитуду импульсов акустической эмиссии, которую используют при определении контролируемого параметра, отличающийся тем, что регистрируют максимальную амплитуду Aр импульса акустической эмиссии и измеряют площадь S хрупкой трещины, а в качестве параметра хрупкого разрушения определяют уровень U энергоемкости по соотношению
где C - скорость вскрытия хрупкой трещины-порядка скорости звука в материале;
K - коэффициент, учитывающий потери в электроакустическом тракте.
где C - скорость вскрытия хрупкой трещины-порядка скорости звука в материале;
K - коэффициент, учитывающий потери в электроакустическом тракте.
2. Образец для определения параметров хрупкого разрушения, выполненный в виде параллелепипеда с прорезями, отличающийся тем, что прорези выполнены на одной грани или на двух противоположных гранях параллельными с одинаковым шагом перпендикулярно грани, на гранях, перпендикулярных граням с прорезями, выполнен параллельный ребру грани ряд сквозных отверстий прямоугольной формы с равным шагом и надрезом со стороны прорезей, а ширина L и шаг A отверстий, расстояние T отверстий до ребра граней, шаг B и глубина C прорезей и глубина N надреза выбраны из соотношений: B = 0,7L, T = 0,4 L, N = 0,5L, A ≥ 2L, C > T.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5003831 RU2052809C1 (ru) | 1992-09-06 | 1992-09-06 | Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5003831 RU2052809C1 (ru) | 1992-09-06 | 1992-09-06 | Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2052809C1 true RU2052809C1 (ru) | 1996-01-20 |
Family
ID=21586030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5003831 RU2052809C1 (ru) | 1992-09-06 | 1992-09-06 | Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2052809C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497109C2 (ru) * | 2011-10-07 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Способ механического испытания на сплющивание с анализом акустико-эмиссионных сигналов |
RU2515122C1 (ru) * | 2012-11-14 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Техдиагностика" | Твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре |
RU2562139C2 (ru) * | 2010-04-06 | 2015-09-10 | Варель Ероп С.А.С. | Испытания на вязкость вкладышей из поликристаллического алмазного композита (pdc), поликристаллического кубического нитрида бора (pcbn), или других твердых или сверхтвердых материалов с использованием акустической эмиссии |
RU2587637C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-06-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах |
RU2725692C1 (ru) * | 2019-11-05 | 2020-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Электрохимический способ раннего выявления повреждений в титановых сплавах, деформируемых в водной среде |
-
1992
- 1992-09-06 RU SU5003831 patent/RU2052809C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник под ред. Бернштейна М.Л. М.: Металлургия, т.1, 1983, с.230-242. 2. Прикладные вопросы вязкости разрушения. Под ред. Дроздовского Б.А., М.: Мир, 1968, с.283-286. 3. ГОСТ 9454-78. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562139C2 (ru) * | 2010-04-06 | 2015-09-10 | Варель Ероп С.А.С. | Испытания на вязкость вкладышей из поликристаллического алмазного композита (pdc), поликристаллического кубического нитрида бора (pcbn), или других твердых или сверхтвердых материалов с использованием акустической эмиссии |
RU2497109C2 (ru) * | 2011-10-07 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Способ механического испытания на сплющивание с анализом акустико-эмиссионных сигналов |
RU2515122C1 (ru) * | 2012-11-14 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Техдиагностика" | Твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре |
RU2587637C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-06-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах |
RU2725692C1 (ru) * | 2019-11-05 | 2020-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Электрохимический способ раннего выявления повреждений в титановых сплавах, деформируемых в водной среде |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lifshitz et al. | Data processing in the split Hopkinson pressure bar tests | |
CA2207354C (en) | Apparatus and method for determining the dynamic indentation hardness of materials | |
Chiang et al. | A simple method for adhesion measurements | |
CA2437323A1 (en) | Apparatus for the elastic properties measurement of materials and method therefor | |
RU2052809C1 (ru) | Способ определения параметров хрупкого разрушения и образец для его осуществления | |
Ross | Nondestructive testing for assessing wood members in structures: a review | |
Biernacki et al. | Development of an acousto-ultrasonic scanning system for nondestructive evaluation of wood and wood laminates | |
Pollock et al. | Stress-wave-emission monitoring of a military bridge | |
Lord Jr | Acoustic emission—an update | |
Kishi et al. | Dynamic crack growth during pop-in fracture in 7075 aluminum alloy | |
Kumosa | Acoustic emission monitoring of stress corrosion cracks in aligned GRP | |
Ono et al. | Application of correlation analysis to acoustic emission | |
RU2027988C1 (ru) | Способ определения температуры вязкохрупкого перехода материала | |
Marchand et al. | Determination of the elastic constants of materials, in the form of plates, by a free vibration method | |
Seok et al. | Studies on the correlation between mechanical properties and ultrasonic parameters of aging lCr-lMo-0.25 V steel | |
Cawley et al. | A quick method for the measurement of structural damping | |
Gorman | Progress in detecting transverse matrix cracking using modal acoustic emission | |
Hadjab et al. | Fracture process zone in notched concrete beams treated by using acoustic emission | |
Bassim et al. | Time and frequency analysis of acoustic emission signals | |
Bragov et al. | Use of the Kolsky Bar Method for Studying High-Rate Deformation Processes in Materials of Various Physical Natures | |
Crostack | Basic aspects of the application of frequency analysis | |
RU2807407C1 (ru) | Способ определения характеристики трещиностойкости материала | |
EP4056985A1 (en) | Improved support for impact measurements | |
Ono et al. | On the amplitude distribution of burst emission due to MNS inclusions in HSLA steels | |
Sklarczyk et al. | 23 DETECTION OF CRACKS IN CONCRETE BY ACOUSTIC EMISSION |