RU2495412C1 - Method for comparative evaluation of properties of materials - Google Patents
Method for comparative evaluation of properties of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495412C1 RU2495412C1 RU2012120101/28A RU2012120101A RU2495412C1 RU 2495412 C1 RU2495412 C1 RU 2495412C1 RU 2012120101/28 A RU2012120101/28 A RU 2012120101/28A RU 2012120101 A RU2012120101 A RU 2012120101A RU 2495412 C1 RU2495412 C1 RU 2495412C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- loading
- energy
- acoustic emission
- properties
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Description
Решение относится к области микромеханических исследований физико-механических характеристик материалов.The solution relates to the field of micromechanical studies of the physical and mechanical characteristics of materials.
Данные исследования проводят с регистрацией сигналов акустической эмиссии в процессе взаимодействия индентора с материалом сравниваемых образцов. По результатам испытаний проводят обработку параметров сигналов акустической эмиссии, выявляют параметр, информативный за исследуемую физико-механическую характеристику материала, оценивают адекватность соотношения этой характеристики с эксплуатационным свойством изделия.These studies are carried out with the registration of acoustic emission signals during the indenter interaction with the material of the compared samples. According to the test results, the parameters of the acoustic emission signals are processed, a parameter is found that is informative for the studied physical and mechanical characteristics of the material, and the adequacy of the ratio of this characteristic to the operational property of the product is evaluated.
Известно решение [Патент РФ №2138038 на изобретение «Способ контроля физико-механических свойств изделий», 6 G01N 29/14, 1999, Бюл. №26], в котором во время нагружения индентором изделий одновременно регистрируют сигналы акустической эмиссии, формирующиеся в материале изделий, а контроль таких физико-механических характеристик материала как качество сцепления покрытия с основой материала и трещиностойкость материала осуществляют через некоторый критерий (скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии) и построение графика его зависимости от числа сигналов. Недостатком данного решения является его высокая трудоемкость.The known solution [RF Patent No. 2138038 for the invention "Method for controlling the physical and mechanical properties of products", 6 G01N 29/14, 1999, Bull. No. 26], in which, during the indenter loading of the products, acoustic emission signals formed in the material of the products are simultaneously recorded, and the physical and mechanical characteristics of the material such as the adhesion of the coating to the material base and crack resistance of the material are controlled through a certain criterion (the rate of change of the signal energy density acoustic emission) and plotting its dependence on the number of signals. The disadvantage of this solution is its high complexity.
Известно также решение [Патент РФ №2138039 на изобретение «Способ контроля свойств и диагностики разрушения изделий», 6 G01N 29/14, 1999, Бюл. №26], в котором во время нагружения индентором изделий одновременно регистрируют сигналы акустической эмиссии, формирующиеся в материале изделий, а контроль трещиностойкости материала осуществляют с помощью того же критерия (скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии) по его величине. Недостатком данного решения также является его высокая трудоемкость.There is also a solution [RF Patent No. 2138039 for the invention “Method for monitoring the properties and diagnostics of the destruction of products”, 6 G01N 29/14, 1999, Bull. No. 26], in which during the indenter loading of the products, acoustic emission signals generated in the product material are simultaneously recorded, and crack resistance of the material is controlled using the same criterion (rate of change of the energy density of acoustic emission signals) by its value. The disadvantage of this solution is also its high complexity.
Наиболее близким к заявляемому решению является решение [Патент РФ №2140076 на изобретение «Способ акустического контроля трещиностойкости изделий», 6 G01N 29/14, 1999, Бюл. №29], в котором нагружение осуществляют маятниково-акустическим методом, т.е. с изменением глубины внедрения индентора в материал изделия по дуге траектории движения маятника, несущего индентор, с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии. Затем по результатам регистрации сигналов строят зависимость спектральной плотности сигналов от их частоты, определяют частоту, соответствующую максимальному экстремуму спектральной плотности и по величине этой частоты судят о трещиностойкости материала. Недостатком решения также является высокая трудоемкость способа.Closest to the claimed solution is the solution [RF Patent No. 2140076 for the invention "Method for acoustic control of crack resistance of products", 6 G01N 29/14, 1999, Bull. No. 29], in which the loading is carried out by the pendulum-acoustic method, i.e. with a change in the depth of penetration of the indenter into the product material along the arc of the trajectory of the pendulum carrying the indenter, with the simultaneous registration of acoustic emission signals. Then, according to the results of the signal registration, the dependence of the spectral density of the signals on their frequency is built, the frequency corresponding to the maximum extremum of the spectral density is determined, and the crack resistance of the material is judged by the magnitude of this frequency. The disadvantage of this solution is also the high complexity of the method.
Указанный недостаток един для всех трех указанных известных решений. Это высокая трудоемкость способов. Она в каждом из этих решений разная и связано это с требуемой точностью оценки той или иной физико-механической характеристики исследуемого материала. Однако высокая точность требуется не всегда. Если требуется оценить характеристики материалов, существенно отличающихся друг от друга, то такая точность не нужна. Важно определить качественно: этот материал лучше, чем другой сопротивляется такому-то виду разрушения. Часто этого достаточно и не требуется знать, на сколько при этом увеличится качество изделия (срок его службы и т.д.). Если это и потребуется в дальнейшем, то можно применить дополнительно какое-либо из указанных решений.The specified drawback is the same for all three of these known solutions. This is the high complexity of the methods. It is different in each of these solutions and this is due to the required accuracy of the assessment of one or another physicomechanical characteristic of the material under study. However, high accuracy is not always required. If you want to evaluate the characteristics of materials that are significantly different from each other, then such accuracy is not needed. It is important to determine qualitatively: this material is better than the other to resist this kind of destruction. Often this is enough and you do not need to know how much the quality of the product will increase (its service life, etc.). If this is required in the future, then one of the above solutions can be applied in addition.
В рамках данного решения рассматривается задача оперативного (без излишних затрат времени) сортирования (расположения в последовательность) нескольких сравниваемых материалов по какому-либо эксплуатационному свойству изделия через определение физико-механической характеристики при инденторно-акустическом методе исследования, в том числе при маятниково-акустическом.Within the framework of this solution, the problem of operational (without unnecessary time-consuming) sorting (arrangement in sequence) of several materials to be compared according to any operational property of the product through the determination of the physical and mechanical characteristics of the indenter-acoustic research method, including the pendulum-acoustic method, is considered.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение производительности оценки свойств материала и расширение технических возможностей, а именно возможность применения способа для оценки коррозионной стойкости материалов с покрытиями.The technical result of the proposed solution is to increase the performance of evaluating the properties of the material and expanding technical capabilities, namely the possibility of applying the method to assess the corrosion resistance of coated materials.
Указанный технический результат достигается за счет того, что для оценки сравниваемых материалов по работоспособности изделий, выполненных из этих материалов, используют энергию импульсов акустических сигналов, а ранжирование (чередование в очередности) материалов производят по величинам накопленной энергии за время нагружения, в частности по величине угла наклона касательной на графике зависимости «накопленная величина энергии сигналов - время нагружения материала».The specified technical result is achieved due to the fact that to evaluate the compared materials on the health of products made from these materials, the energy of the pulses of acoustic signals is used, and the ranking (alternation in order) of the materials is carried out according to the values of the accumulated energy during the loading, in particular the angle the slope of the tangent in the graph of the dependence "the accumulated value of the energy of the signals is the loading time of the material".
Таким образом, заявляемое решение, как и прототип, включает в себя инденторное нагружение исследуемых материалов, регистрацию сигналов акустической эмиссии в процессе нагружения, обработку сигналов акустической эмиссии и выявление параметра сигналов, несущего информацию о физико-механической характеристике материала и, соответственно, за эксплуатационное свойство, например, за работоспособность изделия, выполненного из данного исследуемого материала. Однако заявляемое решение отличается тем, что в качестве информативного параметра сигнала используют энергию импульсов акустических сигналов, а сравнение эксплуатационных свойств изделий, выполненных из разных исследуемых материалов, производят по величине угла наклона касательной на графике зависимости «накопленная величина энергии сигналов - время нагружения материала». Эта величина угла наклона позволяет ранжировать (расположить в последовательности) характеристики материалов и эксплуатационные свойства изделий, выполненных из них.Thus, the claimed solution, as well as the prototype, includes indenter loading of the studied materials, registration of acoustic emission signals during loading, processing of acoustic emission signals and identifying a signal parameter that carries information about the physical and mechanical characteristics of the material and, accordingly, for the operational property , for example, for the performance of a product made of a given test material. However, the claimed solution is characterized in that the energy of the pulses of the acoustic signals is used as an informative parameter of the signal, and a comparison of the operational properties of products made from different materials under study is performed by the value of the angle of inclination of the tangent in the graph “accumulated signal energy - loading time of the material”. This value of the angle of inclination allows you to rank (arrange in sequence) the characteristics of materials and operational properties of products made from them.
На фиг.1 показан пример регистрации накопленной энергии сигналов акустической эмиссии при индентировании двух сравниваемых материалов, на фиг.2 показана компоновка фотографий следа взаимодействия индентора с исследуемым материалом, на фиг.3 - примеры регистрации накопленной энергии сигналов акустической эмиссии, на фиг.4 - зона разрушения покрытия в месте индентирования материала, на фиг.5 - запись параметров регистрация сигналов акустической эмиссии материала изделия, находящегося в исходном состоянии, на фиг.6 - аналогичные записи для материала, подвергнутого коррозионному воздействию.Figure 1 shows an example of recording the accumulated energy of acoustic emission signals during the indentation of two compared materials, figure 2 shows the layout of photographs of the trace of the interaction of the indenter with the test material, figure 3 shows examples of recording the stored energy of acoustic emission signals, figure 4 - the destruction zone of the coating in the place of indentation of the material, in Fig.5 - recording parameters registration signals of acoustic emission of material of the product in its original state, in Fig.6 - similar records for m Therians subjected to corrosive attack.
Обоснование способа произведено на примере фиг.1. Пусть индентированию подвергался некоторый материал Me1. В процессе индентирования регистрировались сигналы акустической эмиссии, формируемые в испытываемом материале. По результатам регистрации сигналов построена зависимость «накопленная энергия E сигналов - время индентирования». Эта зависимость представлена линией 1 на фиг.1. Время нагружения (индентирования) материала составило 57,23 секунд, энергия составила 6,37 милливольт в квадрате в секунду. В принятом масштабе построения данной зависимости линия 1 наклонена к горизонту на некоторый угол α1. Точно в таких же условиях нагружения испытывали второй материал Ме2. Для него на фиг.1 построена аналогичная линия 2, наклон которой к горизонту α2 больше, чем α1. Сравнение этих двух линий показывает, что та же самая величина энергии сигналов была при нагружении второго материала достигнута за значительно меньшее время нагружения. Если предположить, что величина энергии сигналов акустической эмиссии адекватно отражает способность материала сопротивляться деформации (и разрушению) испытываемого материала, то есть основания предположить, что угол α косвенно характеризует способность материала сопротивляться разрушению. Причем, чем меньше этот угол, тем лучше материал сопротивляется разрушению, тем выше следует ожидать работоспособность изделия, выполненного из такого материала и эксплуатируемого в условиях, инициирующих в материале механизм разрушения, сходный с тем, который имеет место при индентировании.The justification of the method is made on the example of figure 1. Let some material Me1 be indented. During indentation, acoustic emission signals formed in the test material were recorded. Based on the results of the registration of signals, the dependence “accumulated energy E of the signals — indentation time” is constructed. This dependence is represented by
Ниже приведены примеры, доказывающие правомерность указанных предположений.Below are examples that prove the validity of these assumptions.
Пример 1. Брали инструментальный материал марки BK8. Нагружали маятниковым индентированием (индентор закреплен в качающемся маятнике и перемещается по дуге окружности с увеличением глубины внедрения индентора в поверхностные слои материала от нуля до максимума и последующим уменьшением глубины внедрения от максимума до нуля, сущность такого нагружения изложена в работе [Мокрицкий Б.Я., Бурков А.А. Методика оценки прочности инструментальных материалов микроиндентированием // Технология металлов, №7, 2011, с.20-26], результаты микроразрушения поверхности образца в процессе такого нагружения представлены на фиг.2, где позицией 1 обозначен участок следа взаимодействия индентора с инструментальным материалом BK8+Zr+ZrN в начале внедрения (заглубления) индентора, позицией 2-е увеличивающейся глубиной, позицией 3-е максимальной глубиной, позицией 4 - с убывающей глубиной, позицией 5 - участок выхода индентора из материала образца) с регистрацией сигналов акустической эмиссии, образующейся в результате взаимодействия индентора и образца. В некоторый момент времени tк испытания прекращали (время взаимодействия индентора и материала образца составило tк), строили зависимость «накопленная энергия сигналов - время» (Фиг.3). Времени tк соответствовала максимальная величина энергии Emax. Начало и конец зависимости соединяли прямой линией а-а, фиксировали ее угол наклона α. Для случая, представленного на фиг.3а, он составил 53 градуса. На зависимости в моменты времени t1 и t2 наблюдаются скачки энергии. Очевидно, это связано с моментами перехода от механизма упругой к механизму пластической деформации (время t1) и от механизма пластической деформации к хрупкому выкрашиванию испытываемого материала.Example 1. They took a tool material brand BK8. They were loaded with pendulum indentation (the indenter is fixed in a swinging pendulum and moves along an arc of a circle with an increase in the depth of penetration of the indenter in the surface layers of the material from zero to maximum and a subsequent decrease in the depth of penetration from maximum to zero, the essence of such loading is described in [Mokritsky B.Ya., Burkov AA Methods for assessing the strength of instrumental materials by microindentation // Metal Technology, No. 7, 2011, p.20-26], the results of microfracture of the sample surface during such loading are shown in FIG. 2, where
Брали другой материал, а именно BK8 с износостойким однослойным покрытием TiN, подвергали нагружению в точно таких же условиях, получили зависимость, представленную на фиг.3б. Из этой зависимости следует, что за такое же время нагружения tк максимальная величина энергии E1 оказалась меньше Emax, соответственно и меньшим оказался угол β наклона линии а-а.We took another material, namely BK8 with a wear-resistant single-layer TiN coating, subjected to loading under exactly the same conditions, and we got the dependence shown in fig.3b. From this dependence it follows that for the same loading time tk the maximum value of the energy E1 turned out to be less than Emax, respectively, and the angle β of the slope of the line aa turned out to be smaller.
Металлорежущие инструменты, выполненные из указанных материалов, эксплуатировали в одинаковых условиях резания, а именно при точении труднообрабатываемых материалов (режим резания, марка обрабатываемых материалов и иные условия эксплуатации указаны в работе [Мокрицкий Б.Я. «Повышение работоспособности металлорежущего инструмента // Технология машиностроения, №8, 2010, с.33-36], но важны не они, а спокойный или знакопеременный циклический характер нагружения материала инструмента), где превалирует механизм диффузионно-абразивного изнашивания инструментального материала. Период стойкости инструмента, выполненного из материала BK8+TiN оказался выше, чем у инструмента ВК8 (специально не указываем, на сколько выше, чтобы не возникала потребность затем сопоставлять прирост периода стойкости с изменением величины угла наклона линии а-а).Metal-cutting tools made of these materials were operated under the same cutting conditions, namely when turning hard-to-machine materials (cutting mode, grade of the processed materials and other operating conditions are indicated in [Mokritsky B. Ya. “Improving the operability of metal-cutting tools // Engineering Technology, No. 8, 2010, pp. 33-36], but they are not important, but the calm or alternating cyclic nature of loading the tool material), where the diffusion-abrasive wear mechanism prevails tions of the tool material. The durability period of a tool made of BK8 + TiN material turned out to be higher than that of a VK8 tool (we do not specifically indicate how much higher so that there is no need to then compare the increase in the durability period with a change in the angle of inclination of the line aa).
Сравнение зависимостей, представленных на фиг.3а (это инструмент BK8) и на фиг.3б (это инструмент BK8+TiN), показывает, что период стойкости больше у того инструмента, для материала которого характерен меньший (угол β меньше угла α) угол наклона линии а-а.A comparison of the dependences presented in figa (this is a tool BK8) and fig.3b (this is a tool BK8 + TiN), shows that the tool life is longer for the tool, which is characterized by a smaller (angle β less than angle α) tilt angle lines aa.
Такой же инструмент эксплуатировали при торцевом фрезеровании таких же материалов, т.е. в условиях образования и роста трещин в инструментальном материале в силу циклического характера его нагружения. Период стойкости инструмента из BK8+TiN оказался чуть выше, чем BK8, это отличие незначительное. Обращаем внимание вновь на фиг.3б. Там проведена линия а-б. Она соответствует моменту времени ti, в который, как и в момент времени tк, достигнут максимум энергии E1. Угол φ наклона линии а-б тоже, как и периоды стойкости инструментов, оказался близким к углу β наклона линии а-а.The same tool was used during face milling of the same materials, i.e. under conditions of formation and growth of cracks in the tool material due to the cyclical nature of its loading. The tool life of the BK8 + TiN was slightly higher than the BK8, this difference is negligible. Pay attention again to figb. There the line ab was drawn. It corresponds to the time ti at which, as at the time tk, the maximum energy E1 is reached. The angle φ of the slope of the line a-b, as well as the periods of resistance of the instruments, turned out to be close to the angle β of the slope of the line a-a.
Более подробный анализ полученных данных показал, что в момент времени ti произошло интенсивное растрескивание покрытия, выкрашивание отдельных участков покрытия с поверхности инструмента и далее он работал уже без покрытия. Иначе говоря, при необходимости более тщательного сопоставления сравниваемых материалов между собой можно прогнозировать поведение изделий по диапазону изменения угла наклона линии, т.е. по разнице углов φ и β. При этом видно, что некоторый одинаковый уровень энергии Ei достигается на материале BK8 значительно быстрее (t1), чем на материале BK8+TiN(ti).A more detailed analysis of the data showed that at time ti there was intense cracking of the coating, chipping of individual sections of the coating from the surface of the tool, and then it worked without coating. In other words, if it is necessary to more thoroughly compare the compared materials with each other, one can predict the behavior of products by the range of variation of the line angle, i.e. by the difference in the angles φ and β. It can be seen that a certain identical energy level Ei is achieved on the BK8 material much faster (t1) than on the BK8 + TiN (ti) material.
Рассмотрим этот пример с позиции достижения технического результата.Consider this example from the perspective of achieving a technical result.
По способу-прототипу (Патент РФ №2140076) для оценки физико-механических свойств материалов BK8 и BK8+TiN и для прогнозирования работоспособности металлорежущих инструментов, выполненных из этих материалов, по частотам сигналов акустической эмиссии требуется в общей сложности около 14 минут. Заявляемый способ позволяет это осуществить за 9 минут. Таким образом, технический результат достигается.According to the prototype method (RF Patent No. 2140076), a total of about 14 minutes is required for evaluating the physicomechanical properties of BK8 and BK8 + TiN materials and for predicting the performance of metal-cutting tools made of these materials according to the frequencies of acoustic emission signals. The inventive method allows this to be done in 9 minutes. Thus, the technical result is achieved.
Пример 2. Ставилась задача по результатам заявляемого способа оценить работоспособность сразу нескольких материалов, расположить их в рандоментрический ряд по изменению прогнозируемой работоспособности и затем проверить это по результатам фактического испытания работоспособности инструмента в реальных условиях резания.Example 2. The task was set according to the results of the proposed method to evaluate the health of several materials at once, arrange them in a random row according to the change in the predicted health and then check it according to the results of an actual test of the health of the tool in real cutting conditions.
Брали материалы BK8, BK8+TiN, Т15K6, ТТ10K8Б+Zr+ZrN. Аналогичным образом получали для них зависимости, представленные на фиг.3, а именно: фиг.3а - для BK8; фиг.3б - для BK8+TiN; фиг.3в - для Т15K6; фиг.3г - для ТТ10K8Б+Zr+ZrN. Определяли для них соответствующие углы наклона линии а-а. По величинам этих углов прогнозировали в какой последовательности расположатся инструменты, выполненные из этих материалов, в ряду работоспособности, т.е. по величине периода стойкости при токарной обработке в условиях резания с превалированием разрушения через механизм трещинообразования. Результаты прогнозирования приведены в таблице 1.We took materials BK8, BK8 + TiN, T15K6, TT10K8B + Zr + ZrN. Similarly, the dependencies shown in FIG. 3 were obtained for them, namely: FIG. 3a for BK8; figb - for BK8 + TiN; figv - for T15K6; figg - for TT10K8B + Zr + ZrN. The corresponding angles of inclination of the line aa were determined for them. According to the values of these angles, it was predicted in what sequence the tools made of these materials would be arranged in the order of operability, i.e. by the value of the period of resistance during turning under cutting conditions with the prevalence of fracture through the mechanism of cracking. The forecasting results are shown in table 1.
Лучшая (первое место) работоспособность по меньшей величине угла наклона линии а-а прогнозировалась инструменту, выполненному из материала ТТ10K8Б+Zr+ZrN. Худшая (последнее четвертое место) - BK8.The best (first place) performance at a lower angle of inclination of the line aa was predicted for an instrument made of material TT10K8B + Zr + ZrN. Worst (last fourth place) - BK8.
Инструментам, выполненным из BK8+TiN и BK8, соответственно прогнозировались 2 и 3 места.Instruments made from BK8 + TiN and BK8, respectively, were predicted 2 and 3 places.
Испытывали эти инструменты при обработке резанием. Осуществляли токарную обработку сложнообрабатываемой стали марки ШХ15 при наружном точении цилиндрической поверхности заготовки диаметром 80 мм с продольным пазом шириной 10 мм при скорости резания 80-96 м/мин, подаче 0,21 мм/об. заг., глубине резания 1,2 мм. Износ (выкрашивание) режущей кромки инструмента доводили до 0,8 мм. В результате (нижняя строка таблицы 1) лучшим оказался инструмент, выполненный из материала ТТ10K8Б+Zr+ZrN. Худшими были (разница в периоде стойкости несущественна) оказались два инструмента: Т15K6 и BK8 (период стойкости у Т15K6 на 3 минуты хуже, чем у BK8).These tools were tested during machining. Carried out turning of difficult-to-work steel of the ШХ15 grade with external turning of the cylindrical surface of a workpiece with a diameter of 80 mm with a longitudinal groove of 10 mm wide at a cutting speed of 80-96 m / min, a feed of 0.21 mm / rev. zag., cutting depth 1.2 mm. The wear (chipping) of the cutting edge of the tool was adjusted to 0.8 mm. As a result (the bottom line of Table 1), the best tool turned out to be made of material TT10K8B + Zr + ZrN. The worst were (the difference in the durability period is not significant) were two tools: T15K6 and BK8 (the durability period of T15K6 is 3 minutes worse than that of BK8).
Эти полученные данные хорошо кореллируют с данными (строка 2 таблицы 1), полученными по заявляемому способу.These data are well correlated with the data (
Сравнение трудоемкости (по затраченному времени, т.е. производительности) показало, что заявляемый способ на 27% эффективнее, чем способ-прототип (по частотному спектру).A comparison of the complexity (in terms of time spent, i.e. productivity) showed that the inventive method is 27% more efficient than the prototype method (in the frequency spectrum).
Заявляемый способ позволяет получить дополнительную информацию. Так, применительно к фиг.3б видно, что максимальная величина энергии E1 сигналов достигается в момент времени ti и затем эта величина некоторое время (ti-tk) остается постоянной. Соответственно на графике представляется возможным провести линию а-б и получить угол φ ее наклона. Такие же линии а-б можно провести на фиг.3в и фиг.3г. Соответствующие углы δ, θ показывают, что максимальные величины энергии достигаются при ti и tj. Но это по-прежнему позволяет ранжировать исследуемые материалы в той же последовательности.The inventive method allows to obtain additional information. So, with reference to figb it is seen that the maximum value of the energy E1 of the signals is reached at time ti and then this value remains constant for some time (ti-tk). Accordingly, on the graph it seems possible to draw a line a-b and obtain the angle φ of its slope. The same lines a-b can be drawn on figv and figg. The corresponding angles δ, θ show that the maximum energy values are achieved at ti and tj. But this still allows you to rank the investigated materials in the same sequence.
Имеется еще интересная особенность. Дело в том, что в процессе эксплуатации инструмента при резании на графике зависимости величины износа инструмента от времени его эксплуатации в большинстве случаев легко выделяется участок приработки, участок нормального износа и участок интенсивного износа с последующим разрушением. Заявляемый способ позволяет сравнивать материалы (инструмент) по аналогичным переломным участкам на зависимостях «накопленная энергия сигналов акустической эмиссии - время нагружения». Так, на фиг.3а легко вычленить моменты резкого изменения интенсивности накопления энергии в моменты времени t1 t2. Имеются аналогии (моменты времени ti, tj) на фиг.3в и фиг.3г. Например, угол µ, как и угол ω, характеризует момент резкого всплеска энергии, т.е. начала интенсификации процесса разрушения исследуемого материала. Сравнение величин этих углов также укладывается в рамки заявляемого способа и позволяет сохранить установленную выше последовательность расположения инструментов в ряду убывания их работоспособности.There is another interesting feature. The fact is that during the operation of the tool when cutting on the graph of the dependence of the wear of the tool on the time of its operation, in most cases, the running-in section, the normal wear section and the intensive wear section with subsequent destruction are easily distinguished. The inventive method allows you to compare materials (tool) for similar critical areas on the dependencies "the accumulated energy of the acoustic emission signals - loading time". So, on figa easy to isolate the moments of a sharp change in the intensity of energy storage at time t1 t2. There are analogies (time instants ti, tj) in FIG. 3c and FIG. For example, the angle µ, like the angle ω, characterizes the moment of a sharp burst of energy, i.e. the beginning of the intensification of the destruction of the investigated material. Comparison of the values of these angles also fits into the framework of the proposed method and allows you to save the sequence of instruments located above in the order of decreasing their performance.
Пример 3. Ставили задачу определить приемлемость заявляемого способа к оценке коррозионной стойкости материалов.Example 3. The task was to determine the acceptability of the proposed method to assess the corrosion resistance of materials.
Круг коррозионно-стойких материалов широк. И методов повышения коррозионной стойкости материалов много. Одним из распространенных способов повышения коррозионной стойкости является применение защитных покрытий, в том числе нитридных. Твердосплавные материалы также относятся к коррозионностойким. Из них изготавливают различные изделия, работающие в том числе, в условиях газовой, химической или термохимической коррозии, а также в кислой жидкостной среде. В силу этого испытаниям подвергли твердый сплав с покрытием. Процесс коррозии осуществляли путем кипячения образцов в воде. Инициировали место коррозии путем образования концентратора. Концентратор создавали внедрением индентора твердомера с образованием отслоения покрытия (фиг.4).The range of corrosion-resistant materials is wide. And there are many methods to increase the corrosion resistance of materials. One of the common ways to increase corrosion resistance is the use of protective coatings, including nitride. Carbide materials are also corrosion resistant. Various products are made from them, including those operating under conditions of gas, chemical or thermochemical corrosion, as well as in an acidic liquid medium. In view of this, the coated carbide was tested. The corrosion process was carried out by boiling samples in water. The place of corrosion was initiated by the formation of a concentrator. The concentrator was created by introducing a hardness gauge indenter with the formation of coating peeling (Fig. 4).
Результаты регистрации накопленной энергии приведены на фиг.5а для образца, не подвергавшегося кипячению, на фиг.6 - после кипячения в воде. Из сравнения графиков видно, что за одно и то же время tк нагружения индентором образец, находящийся в исходном состоянии, показал некоторое базовое Ебаз=80 значение накопленной энергии, тот же образец, подвергшийся коррозионному воздействию в процессе кипячения, показал на порядок большее Екор=800 значение накопленной энергии. Это говорит о том, что после кипячения прочность сцепления покрытия снизилась настолько, что это привело к более существенному трещинообразованию в процессе индентирования. Коль процесс трещинообразования протекал более интенсивно, то трещиностойкость такого материала снизилась, его коррозионная стойкость ниже и следует ожидать худшую работоспособность (угол наклона мнимой линии а-а, которую можно провести на фиг.5 и фиг.6 свидетельствует о том же).The results of recording the stored energy are shown in FIG. 5a for a sample not subjected to boiling, and FIG. 6 after boiling in water. From a comparison of the graphs, it can be seen that for the same time tk of loading the indenter, the sample in the initial state showed some basic Ebaz = 80 value of the stored energy, the same sample subjected to corrosion during boiling showed an order of magnitude larger Ecor = 800 value of stored energy. This suggests that after boiling, the adhesion strength of the coating decreased so much that it led to more significant cracking during indentation. Since the process of crack formation proceeded more intensively, the crack resistance of such a material decreased, its corrosion resistance is lower and worse performance is expected (the angle of inclination of the imaginary line aa, which can be drawn in Fig. 5 and Fig. 6, indicates the same).
Для обоснования высказанных положений дополнительно показаны графики накопления событий в процессе индентирования (фиг.5б и фиг.6б) и графики интенсивности (количества за единицу времени) сигналов (фиг.5г и фиг.6г). Видно, что количество событий (сигналов акустической эмиссии с регламентированной величиной амплитуды) возросло с 30 до 1000. Интенсивность сигналов тоже возросла в 1,7 раза. Все это подтверждает более интенсивный процесс трещинообразования образца после кипячения и, следовательно, снижение коррозионной стойкости образцов.To justify the stated provisions, graphs of the accumulation of events in the indentation process (Fig. 5b and Fig. 6b) and graphs of the intensity (quantity per unit time) of signals (Fig. 5g and Fig. 6g) are additionally shown. It can be seen that the number of events (acoustic emission signals with a regulated amplitude) increased from 30 to 1000. The signal intensity also increased 1.7 times. All this confirms the more intense process of crack formation of the sample after boiling and, consequently, a decrease in the corrosion resistance of the samples.
Обращаем внимание, что способ-прототип не позволял оценить коррозионную стойкость материалов. Заявляемый способ это позволяет. Таким образом, у заявляемого способа помимо повышения производительности имеется и дополнительный технический результат - расширение технических возможностей, а именно возможность применения способа для оценки коррозионной стойкости материалов с покрытиями.Please note that the prototype method did not allow to evaluate the corrosion resistance of materials. The inventive method allows this. Thus, in the proposed method, in addition to increasing productivity, there is also an additional technical result - expanding technical capabilities, namely, the possibility of using the method for assessing the corrosion resistance of coated materials.
Решение применимо для оценки таких физико-механических характеристик, как трещиностойкость материалов, качество сцепления покрытия с основой материала с тем, чтобы затем по ним судить о работоспособности изделий, выполненных из сравниваемых материалов. В качестве критерия работоспособности изделий может быть принят любой из общепринятых критериев для конкретных условий эксплуатации. Например, для механической обработки заготовок лезвийным металлорежущим инструментом это может быть период стойкости инструмента, т.е. время работы до достижения предельно допустимой величины износа или число деталей, изготовленных за этот период. Или, например, остаточный ресурс стенок резервуара, выполненного из коррозионно-стойкого материала и работающего в агрессивных условиях химического или нефтегазового производства.The solution is applicable for evaluating such physical and mechanical characteristics as crack resistance of materials, the quality of adhesion of the coating to the base of the material in order to then judge the performance of products made from the compared materials. As a criterion for the operability of products, any of the generally accepted criteria for specific operating conditions can be adopted. For example, for machining workpieces with a blade metal cutting tool, this may be the tool life period, i.e. operating time until the maximum allowable wear value is reached or the number of parts manufactured during this period. Or, for example, the residual resource of the walls of the tank, made of corrosion-resistant material and operating in aggressive conditions of chemical or oil and gas production.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012120101/28A RU2495412C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Method for comparative evaluation of properties of materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012120101/28A RU2495412C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Method for comparative evaluation of properties of materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2495412C1 true RU2495412C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49303095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012120101/28A RU2495412C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Method for comparative evaluation of properties of materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2495412C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1527287A (en) * | 1977-04-29 | 1978-10-04 | Atomic Energy Authority Uk | Monitoring materials for strains and cracks |
| SU1196753A1 (en) * | 1984-01-20 | 1985-12-07 | Воронежский технологический институт | Method of determining residual stresses in articles |
| SU1441296A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-11-30 | Институт Проблем Прочности Ан Усср | Method of quality control of articles |
| SU1467458A1 (en) * | 1987-03-03 | 1989-03-23 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Method of determining adhesion of polymeric material to metal |
| SU1753407A2 (en) * | 1990-04-02 | 1992-08-07 | Государственный союзный сибирский научно-исследовательский институт авиации им.С.А.Чаплыгина | Acoustic emission article testing method |
| RU2140076C1 (en) * | 1998-07-09 | 1999-10-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Process of acoustic test of crack resistance of articles |
| RU2147737C1 (en) * | 1998-07-07 | 2000-04-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Gear for test of materials |
| US6062075A (en) * | 1998-12-30 | 2000-05-16 | Medical Carbon Research Institute, Llc | Proof testing of mechanical heart valves |
-
2012
- 2012-05-15 RU RU2012120101/28A patent/RU2495412C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1527287A (en) * | 1977-04-29 | 1978-10-04 | Atomic Energy Authority Uk | Monitoring materials for strains and cracks |
| SU1196753A1 (en) * | 1984-01-20 | 1985-12-07 | Воронежский технологический институт | Method of determining residual stresses in articles |
| SU1467458A1 (en) * | 1987-03-03 | 1989-03-23 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Method of determining adhesion of polymeric material to metal |
| SU1441296A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-11-30 | Институт Проблем Прочности Ан Усср | Method of quality control of articles |
| SU1753407A2 (en) * | 1990-04-02 | 1992-08-07 | Государственный союзный сибирский научно-исследовательский институт авиации им.С.А.Чаплыгина | Acoustic emission article testing method |
| RU2147737C1 (en) * | 1998-07-07 | 2000-04-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Gear for test of materials |
| RU2140076C1 (en) * | 1998-07-09 | 1999-10-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Process of acoustic test of crack resistance of articles |
| US6062075A (en) * | 1998-12-30 | 2000-05-16 | Medical Carbon Research Institute, Llc | Proof testing of mechanical heart valves |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Scruby | An introduction to acoustic emission | |
| Ono | ACOUSTIC EMISSION IN MATERIALS RESEARCH-A REVIEW. | |
| US8397572B2 (en) | Acoustic emission toughness testing for PDC, PCBN, or other hard or superhard materials | |
| JP5888565B2 (en) | Acoustic radiation toughness testing for PDC, PCBN, or other high or ultra-hard inserts | |
| Carnelli et al. | Application of spherical nanoindentation to determine the pressure of cavitation impacts from pitting tests | |
| US9297731B2 (en) | Acoustic emission toughness testing for PDC, PCBN, or other hard or superhard material inserts | |
| Dostál et al. | Proportional monitoring of the acoustic emission in crypto-conditions | |
| Ono | Structural integrity evaluation by means of acoustic emission | |
| Rivera et al. | Acoustic emission technique to monitor crack growth in a mooring chain | |
| US20130166214A1 (en) | Acoustic Emission Toughness Testing For PDC, PCBN, Or Other Hard Or Superhard Material Inserts | |
| RU2495412C1 (en) | Method for comparative evaluation of properties of materials | |
| Budano et al. | Acoustic Emission data analysis to evaluate damage mechanisms in pipeline carbon steels | |
| RU2138038C1 (en) | Method testing physical and mechanical properties of articles | |
| Kot | Hydrogen attack, detection, assessment and evaluation | |
| RU2356699C1 (en) | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool | |
| Momber et al. | On-line monitoring of depth of AWJ penetration using acoustic emission technique | |
| RU2138039C1 (en) | Method of test of properties and diagnostics of breakdown of articles | |
| Shvetsov et al. | Technological method of assessing the quality of adhesion of the coating to the basis of the tool material during indentation with the exposure time of loading the sample | |
| Borghese et al. | Sustainable assessment: a contribution to improve the reliability of ndt on old chestnut purlins | |
| RU2775855C1 (en) | Method for assessing the quality of strengthening technologies | |
| Chepil et al. | The methodology of evaluation and monitoring of the fatigue fracture at macrocrack initiation stage | |
| RU2140076C1 (en) | Process of acoustic test of crack resistance of articles | |
| RU2797941C1 (en) | Method for diagnostics and quality control of a controlled object | |
| Prakash et al. | Investigation of material fatigue behavior through cyclic ball indentation testing | |
| Bertolin et al. | Calibration Method for monitoring hygro-mechanical reactions of coated and uncoated pine and oak wood by Acoustic Emission Non-Destructive Testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140516 |