RU2775855C1 - Method for assessing the quality of strengthening technologies - Google Patents

Method for assessing the quality of strengthening technologies Download PDF

Info

Publication number
RU2775855C1
RU2775855C1 RU2021134591A RU2021134591A RU2775855C1 RU 2775855 C1 RU2775855 C1 RU 2775855C1 RU 2021134591 A RU2021134591 A RU 2021134591A RU 2021134591 A RU2021134591 A RU 2021134591A RU 2775855 C1 RU2775855 C1 RU 2775855C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic emission
value
values
hardening
loading
Prior art date
Application number
RU2021134591A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Носов
Егор Витальевич Григорьев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2775855C1 publication Critical patent/RU2775855C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hardening technologies quality assessing.
SUBSTANCE: invention is intended for assessing the quality of hardening technologies. The substance of the invention lies in the fact that the number of acoustic emission pulses is loaded and recorded, the state parameter is determined and the value of the diagnostic parameter is calculated with further comparison of the values, while high-frequency acoustic emission sensors are installed on the samples from both sides and the product is smoothly loaded in the elastic deformations area, loading is controlled by the control unit and the values of mechanical stresses are recorded on a personal computer, then the loading is stopped and graphs of the dependence of the number of acoustic emission pulses on mechanical stresses are plotted, then the stage of homogeneous destruction is distinguished, which follows the partial or complete attenuation of the acoustic emission signals and ends with a sharp increase in the acoustic emission signal overlap coefficient, at which the value of the state parameter is determined, expressed in in the form of a concentration-kinetic strength index YAE as a parameter of a multilevel model of the time dependence of the number of acoustic emission pulses according to a given formula, then, the allowable value of the slope of the fatigue curve Yr is calculated and compared with the value of the concentration-kinetic strength index YAE, if YAE/Yr ≤ 1, then the hardening technology is performed qualitatively, and if YAE/Yr > 1 - poorly.
EFFECT: improving the accuracy of assessing the quality of hardening technology.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для оценки качества упрочняющих технологий. Может быть применено для оптимизации выбора технологий упрочнения материалов. The invention relates to acoustic methods for non-destructive strength testing and is intended to assess the quality of hardening technologies. It can be used to optimize the choice of materials hardening technologies.

Известен способ оценки трещиностойкости упрочняющих покрытый по параметрам кинетического индентирования и акустической эмиссии (В.К. Качанов, И.В. Соколов, В.М. Матюнин, В.А. Барат, В.В. Бардаков, А.Ю. Марченков. Оценка трещиностойкости упрочняющих покрытий из нитрида титана по параметрам кинетического индентирования и акустической эмиссии // Измерительная техника №7, 2017, стр. 41-44). Оценка производится путем индицирования, то есть вдавливания алмазной пирамиды в поверхность изделия с одновременной регистрацией акустических сигналов. Оценивается амплитуда и энергия акустического сигнала по результатам вдавливания.A known method for assessing the crack resistance of hardening coated in terms of kinetic indentation and acoustic emission (V.K. Kachanov, I.V. Sokolov, V.M. Matyunin, V.A. Barat, V.V. Bardakov, A.Yu. Marchenkov. Evaluation of the crack resistance of titanium nitride hardening coatings according to the parameters of kinetic indentation and acoustic emission // Izmeritelnaya Tekhnika No. 7, 2017, pp. 41-44). The assessment is made by indexing, that is, by pressing a diamond pyramid into the surface of the product with simultaneous recording of acoustic signals. The amplitude and energy of the acoustic signal are estimated from the results of indentation.

Недостатком способа является неоднозначность интерпретации результатов регистрации акустических сигналов. Низкая помехоустойчивость. Контроль только поверхностного слоя. Остается след от вдавливания, что нельзя отнести к неразрушающим методам.The disadvantage of this method is the ambiguity in the interpretation of the results of registration of acoustic signals. Low noise immunity. Control of only the surface layer. There is a trace of indentation, which cannot be attributed to non-destructive methods.

Известен способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов (патент RU № 2475719, опубл. 20.02.2013). Прочность оценивается по вдавливанию индентора в образец и оценке полученного отпечатка. Измеряются углы между деформированным и недеформированным материалом и по их соотношению судят о степени упрочнения.A known method for assessing the degree of hardening of the surface layer of solid materials (patent RU No. 2475719, publ. 20.02.2013). Strength is evaluated by indenting the indenter into the sample and evaluating the resulting imprint. The angles between the deformed and undeformed material are measured and their ratio is used to judge the degree of hardening.

Недостатком данного способа неоднозначная связь углового соотношения с прочностью. Указанный способ пригоден только для контроля прочности однородных по механическим свойствам изделий в их поперечном сечении или при контроле прочности только поверхностного слоя. Эти ограничения делают указанный способ непригодным при контроле прочности наклепанных и неравномерно упрочненных в сечении металлических изделий с оценкой упрочнения и соответствующей ему прочности.The disadvantage of this method is the ambiguous relationship between the angular ratio and strength. This method is suitable only for strength control of products homogeneous in terms of mechanical properties in their cross section or for strength control of only the surface layer. These limitations make this method unsuitable for testing the strength of work-hardened and non-uniformly hardened metal products in cross-section with an assessment of hardening and the corresponding strength.

Известен способ оценки качества поверхностного слоя при резании и поверхностном пластическом деформировании, используя сигналы акустической эмиссии (Мирошин И.В. Методика акустико-эмиссионных исследований наследуемых параметров качества поверхностного слоя в условиях резания и поверхностного пластического деформирования // Вестник Кузбасского государственного технического университета №3, 2010, стр. 46-49). Оценка качества производится с помощью регистрации сигналов акустической эмиссии при технологических процессах, таких как резка и пластическое деформирование. В качестве информативного параметра используется энергия акустических сигналов.A known method for assessing the quality of the surface layer during cutting and surface plastic deformation using acoustic emission signals (Miroshin I.V. Methods of acoustic emission studies of inherited quality parameters of the surface layer under cutting and surface plastic deformation // Bulletin of the Kuzbass State Technical University No. 3, 2010, pp. 46-49). Quality assessment is performed by recording acoustic emission signals during technological processes such as cutting and plastic deformation. The energy of acoustic signals is used as an informative parameter.

Недостатком данного способа является низкая связь энергии акустического сигнала с прочностью и высокая с шумами и помехами. Оценка производится только для поверхностного упрочнения и при разрушающем способе. Дополнительным недостатком является сложность процессов резки и деформирования. The disadvantage of this method is the low connection of the energy of the acoustic signal with strength and high with noise and interference. The assessment is made only for surface hardening and for the destructive method. An additional disadvantage is the complexity of the cutting and deformation processes.

Известен способ оценки поверхностного упрочнения по снижению энергетического параметра акустической эмиссии Y (Д.Л. Мерсон, М.А. Вагапов. Особая роль поверхности в деформационных процессах и акустическом излучении металлов и сплавов // Вестник ТГУ, т. 15, вып. 3, 2010, стр. 798-799) на примере меди. Способ осуществляется путем удаления поверхностного слоя с шагом в 20 мкм до полного снятия. После каждого шага происходит диагностическое нагружение с регистрацией акустических сигналов.A known method for assessing surface hardening by reducing the energy parameter of acoustic emission Y (D.L. Merson, M.A. Vagapov. The special role of the surface in deformation processes and acoustic radiation of metals and alloys // Bulletin of TSU, vol. 15, issue 3, 2010, pp. 798-799) using copper as an example. The method is carried out by removing the surface layer with a step of 20 microns until complete removal. After each step, diagnostic loading occurs with registration of acoustic signals.

Недостатком способа является разрушающее воздействие на поверхность, такая оценка приводит к его полному удалению. Уменьшение значения энергетического параметра происходит из-за изменения объема и влияния эффекта Кайзера, что не связано с прочностью самой поверхности.The disadvantage of this method is the destructive effect on the surface, such an assessment leads to its complete removal. The decrease in the value of the energy parameter occurs due to a change in volume and the influence of the Kaiser effect, which is not related to the strength of the surface itself.

Известен способ оценки прочности изделий (патент RU № 2445616, опубл. 20.03.2012), принятый за прототип, который предназначен для контроля прочности сложных металлоконструкций, таких как подъемно-транспортные механизмы, для выявления развивающихся и склонных к развитию дефектов, и для определения пригодности металлоконструкции к дальнейшему использованию. Полученный способ отличается от прототипа тем, что в предложенном способе предлагается выделять этап однородного разрушения, который следует за существенным или даже полным затуханием активности акустической эмиссии в области упругих деформаций, путем выпрямления графика зависимости числа импульсов от времени в полулогарифмических координатах, находить на нем значения параметра состояния, выраженного в виде концентрационно-кинетического показателя прочности YAE как параметра многоуровневой модели временной зависимости числа импульсов акустической эмиссии, и оценивать качество упрочняющих технологий, путем сравнения с диагностическим параметром Yr, выраженным угловым коэффициентом кривой усталости.A known method for assessing the strength of products (patent RU No. 2445616, publ. 03/20/2012), adopted as a prototype, which is designed to control the strength of complex metal structures, such as lifting and transport mechanisms, to identify developing and prone to development of defects, and to determine the suitability metal structures for further use. The obtained method differs from the prototype in that in the proposed method it is proposed to single out the stage of homogeneous destruction, which follows a significant or even complete attenuation of the acoustic emission activity in the elastic deformation region, by straightening the graph of the dependence of the number of pulses on time in semi-logarithmic coordinates, to find the parameter values on it state, expressed as a concentration-kinetic strength index Y AE as a parameter of a multilevel model of the time dependence of the number of acoustic emission pulses, and evaluate the quality of hardening technologies, by comparison with the diagnostic parameter Yr, expressed as the slope of the fatigue curve.

Недостатком способа является необходимость двукратного нагружения и выдержки под нагрузкой в течение длительного времени, а также неточность вычисления параметра YAE из-за его определения на всем этапе нагружения без учета влияния прочностной неоднородности, вызванной влиянием упрочняющих технологий на структуру материала.The disadvantage of this method is the need for double loading and exposure under load for a long time, as well as the inaccuracy of calculating the parameter Y AE due to its determination at the entire stage of loading without taking into account the influence of strength inhomogeneity caused by the influence of strengthening technologies on the structure of the material.

Техническим результатом является повышение точности оценки качества упрочняющей технологии. The technical result is to increase the accuracy of assessing the quality of the hardening technology.

Технический результат достигается тем, что высокочастотные датчики акустической эмиссии устанавливают с двух сторон на образцы и производят плавное нагружение изделия в области упругих деформаций, нагружение контролируют блоком управления и записывают значения механических напряжений на персональном компьютере, далее прекращают нагружение и строят графики зависимости числа импульсов акустической эмиссии от механических напряжений, затем выделяют этап однородного разрушения, который следует за частичным или полным затуханием сигналов акустической эмиссии и заканчивается резким ростом коэффициента перекрытия сигналов акустической эмиссии, на котором определяют значение параметра состояния, выраженного в виде концентрационно-кинетического показателя прочности YAE как параметра многоуровневой модели временной зависимости числа импульсов акустической эмиссии по формуле:The technical result is achieved by the fact that high-frequency acoustic emission sensors are installed on the samples from both sides and smoothly load the product in the area of elastic deformations, the loading is controlled by the control unit and the values of mechanical stresses are recorded on a personal computer, then the loading is stopped and graphs of the dependence of the number of acoustic emission pulses are plotted. from mechanical stresses, then a stage of homogeneous destruction is distinguished, which follows the partial or complete attenuation of acoustic emission signals and ends with a sharp increase in the overlap coefficient of acoustic emission signals, at which the value of the state parameter is determined, expressed as a concentration-kinetic strength index Y AE as a multilevel parameter models of the time dependence of the number of acoustic emission pulses according to the formula:

YAE = dln NΣ / dσ, где:Y AE = dln N Σ / dσ, where:

dln NΣ - разница значений логарифма числа импульсов акустической эмиссии в начале и в конце однородного разрушения, dln N Σ is the difference between the values of the logarithm of the number of acoustic emission pulses at the beginning and at the end of homogeneous destruction,

dσ - разница значений механических напряжений в начале и в конце однородного разрушения,dσ - difference in mechanical stress values at the beginning and at the end of homogeneous fracture,

далее рассчитывают допустимое значение углового коэффициента кривой усталости Yr, и сравнивают со значением величин концентрационно-кинетического показателя прочности YAE, если YAE / Yr ≤ 1, то упрочняющая технология выполнена качественно, а при YAE /Yr > 1 - некачественно.then, the allowable value of the slope of the fatigue curve Yr is calculated and compared with the value of the concentration-kinetic strength index Y AE , if Y AE / Yr ≤ 1, then the hardening technology is performed qualitatively, and with Y AE / Yr > 1 - poorly.

Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - функциональная схема нагружающего устройства;fig. 1 - functional diagram of the loading device;

фиг. 2 - график определения углового коэффициента YR по результатам малоцикловых испытаний металла углового шва бездефектных сварных соединений стали Ст3сп;fig. 2 - graph for determining the angular coefficient Y R based on the results of low-cycle tests of fillet weld metal of defect-free welded joints of steel St3sp;

фиг. 3 - график зависимости числа импульсов акустической эмиссии от механической нагрузки, где:fig. 3 - graph of the dependence of the number of acoustic emission pulses on the mechanical load, where:

1 - образец;1 - sample;

2 - датчики акустической эмиссии (АЭ);2 - sensors of acoustic emission (AE);

3 - разрывная машина;3 - tensile machine;

4 - блок управления;4 - control unit;

5 - персональный компьютер для регистрации и управления нагрузкой;5 - personal computer for recording and controlling the load;

6 - предварительные усилители сигналов акустической эмиссии;6 - pre-amplifiers of acoustic emission signals;

7 - блок обработки сигналов акустической эмиссии;7 - acoustic emission signal processing unit;

8 - персональный компьютер для регистрации сигналов акустической эмиссии.8 - personal computer for registration of acoustic emission signals.

Способ осуществляется следующим образом. Образцы 1 (фиг.1), которые предварительно подверглись воздействию упрочняющей технологии, помещаются в разрывную машину 3 для проведения статического нагружения с регистрацией данных акустической эмиссии (АЭ) и нагрузки. Высокочастотные датчики акустической эмиссии (АЭ) 2 устанавливаются с двух сторон на образцы. Далее производят плавный процесс нагружения с постоянно возрастающей скоростью нагружения в области упругих деформаций в диапазоне от 0 до 300 МПа. Параллельно регистрируют значения числа импульсов акустической эмиссии NΣ с помощью акустико-эмиссионной аппаратуры, состоящей из предварительных усилителей сигналов акустической эмиссии 6, блока обработки сигналов акустической эмиссии 7 и записи сигналов на персональный компьютер для регистрации сигналов акустической эмиссии 8. Нагружение контролируется блоком управления 4 с записью значений механических напряжений σ на персональном компьютере для регистрации и управлением нагрузкой 5. Далее нагружение прекращается, и строятся графики зависимости числа импульсов акустической эмиссии NΣ от механических напряжений σ в полулогарифмических координатах. На данном графике выделяют этап однородного разрушения, который следует за частичным или полным затуханием сигналов акустической эмиссии и заканчивающийся резким ростом коэффициента перекрытия сигналов АЭ. На данном этапе определяют величину параметра состояния, выраженного в виде концентрационно-кинетического показателя прочности YAE как параметра многоуровневой модели временной зависимости числа импульсов акустической эмиссии, который определяют по формуле:The method is carried out as follows. Samples 1 (figure 1), which were previously exposed to hardening technology, are placed in a tensile machine 3 for static loading with registration of acoustic emission (AE) and load data. High-frequency acoustic emission (AE) sensors 2 are mounted on the samples from both sides. Next, a smooth loading process is performed with a constantly increasing loading rate in the region of elastic deformations in the range from 0 to 300 MPa. In parallel, the values of the number of acoustic emission pulses N Σ are recorded using acoustic emission equipment, consisting of pre-amplifiers of acoustic emission signals 6, an acoustic emission signal processing unit 7 and recording signals on a personal computer for recording acoustic emission signals 8. Loading is controlled by a control unit 4 with by recording the values of mechanical stresses σ on a personal computer for recording and controlling the load 5. Then the loading is stopped, and plots of the dependence of the number of acoustic emission pulses N Σ on mechanical stresses σ are plotted in semilogarithmic coordinates. On this graph, the stage of homogeneous destruction is distinguished, which follows the partial or complete attenuation of acoustic emission signals and ends with a sharp increase in the AE signal overlap coefficient. At this stage, the value of the state parameter is determined, expressed as a concentration-kinetic indicator of strength Y AE as a parameter of a multilevel model of the time dependence of the number of acoustic emission pulses, which is determined by the formula:

YAE = dln NΣ / dσ, где Y AE = dln N Σ / dσ, where

YAE - концентрационно-кинетический показатель прочности;Y AE - concentration-kinetic indicator of strength;

dln NΣ - разница значений логарифма числа импульсов акустической эмиссии в начале и в конце однородного разрушения;dln N Σ is the difference between the values of the logarithm of the number of acoustic emission pulses at the beginning and at the end of homogeneous destruction;

dσ - разница значений механических напряжений в начале и в конце однородного разрушения.dσ is the difference between the values of mechanical stresses at the beginning and at the end of uniform destruction.

Далее рассчитывают допустимое значение величины диагностического параметра Yr, выраженного угловым коэффициентом кривой усталости материала. Для этого находят график кривой усталости бездефектных образцов для исследуемого материала в справочных данных. Далее на графике кривой усталости находят линейный участок, на котором определяют значение Nc - количество циклов в начале и в конце линейного участка, после чего вычисляется логарифм полученного значения. По аналогии находят значение σa, являющимся амплитудным номинальным напряжением от внешней нагрузки при заданном цикле. Значение Yr находится как отношение количества циклов lnNc к амплитудному номинальному напряжению σa (фиг. 2), либо определяют по формуле:Next, the allowable value of the value of the diagnostic parameter Yr, expressed by the slope of the material fatigue curve, is calculated. To do this, find a graph of the fatigue curve of defect-free samples for the material under study in the reference data. Next, a linear section is found on the fatigue curve graph, on which the value of N c is determined - the number of cycles at the beginning and at the end of the linear section, after which the logarithm of the obtained value is calculated. By analogy, the value of σ a is found, which is the amplitude rated voltage from the external load for a given cycle. The Yr value is found as the ratio of the number of cycles lnN c to the amplitude rated voltage σ a (Fig. 2), or is determined by the formula:

Yr = 5,5 / σВ , где Yr = 5.5 / σ В , where

Yr - угловой коэффициент кривой усталости;Yr is the slope of the fatigue curve;

σВ - предел выносливости материала контролируемого изделия.σ B - endurance limit of the material of the controlled product.

Далее сравнивают значения величин концентрационно-кинетического показателя прочности YAE и углового коэффициента кривой усталости Yr как их соотношение и делают вывод о качестве упрочняющей технологии. Если YAE / Yr ≤ 1, то упрочняющая технология выполнена качественно. При YAE / Yr > 1 упрочняющая технология некачественная, далее подбирают оптимальный вид упрочняющей технологии материала.Next, the values of the concentration-kinetic strength index Y AE and the slope of the fatigue curve Yr are compared as their ratio and a conclusion is made about the quality of the hardening technology. If Y AE / Yr ≤ 1, then the hardening technology is of high quality. When Y AE / Yr > 1, the hardening technology is of poor quality, then the optimal type of material hardening technology is selected.

Способ поясняется следующими примерами. The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Образцы из материала Ст3сп со сварными соединениями подвергались ультразвуковой ударной упрочняющей технологии в зоне сварного шва. Обработка осуществлялась при следующих параметрах ультразвукового датчика: частота 20,1 кГц, мощность 200 Вт. Далее проводилось статическое нагружение с постоянной скоростью в области упругих деформаций с регистрацией числа импульсов акустической эмиссии (АЭ) NΣ и значений механических напряжений σ. Полученный график зависимости регистрации числа импульсов от механических напряжений для одного из образцов показан на фиг. 3. На графике выделялся участок однородного разрушения, происходивший с 16 по 23 секунду нагружения, который следовал за полным затуханием активности АЭ. На нем находились значения логарифма числа импульсов в начале однородного разрушения lnNΣ1 = 4,92 и в конце однородного разрушения lnNΣ2 = 5,22. Далее вычислялась разница между этими двумя значениями по формуле dlnNΣ = lnNΣ2 - lnNΣ1 = 5,22 - 4,92 = 0,3. Далее находились значения механических напряжений в этом интервале, где σ1 = 184 МПа в начале однородного разрушения, σ2=282 МПа в конце однородного разрушения. Вычислялась разница как dσ = σ21 = 282 – 184 = 98 МПа. Далее вычислялось значение параметра состояния YAE по формуле YAE = dlnN / dσ = 0,3 / 98 = 0,003 МП-1. По графику кривой усталости для бездефектного сварного шва материала сталь 3 (фиг. 2) определялось допустимое значение углового коэффициента кривой усталости Yr, которое равно 0,015 МП-1. Далее вычислялось значение соотношения концентрационно-кинетического показателя прочности YAE и углового коэффициента кривой усталости Yr, где YAE / Yr = 0,0011 / 0,015 = 0,07. Сравнивалось значение концентрационно-кинетического показателя прочности YAE и углового коэффициента кривой усталости Yr. Так как 0,07 < 1, значит упрочняющая технология выполнена качественно и может быть выбрана как способ упрочнения для сварных соединений из стали 3 при соответствующих параметрах обработки. Example 1 Samples of St3sp material with welded joints were subjected to ultrasonic impact strengthening technology in the weld zone. Processing was carried out with the following parameters of the ultrasonic sensor: frequency 20.1 kHz, power 200 W. Next, static loading was carried out at a constant rate in the region of elastic deformations with registration of the number of acoustic emission (AE) pulses N Σ and the values of mechanical stresses σ. The resulting graph of the dependence of the registration of the number of pulses on mechanical stresses for one of the samples is shown in Fig. 3. A section of uniform destruction was distinguished on the graph, which occurred from 16 to 23 seconds of loading, which followed the complete decay of the AE activity. The values of the logarithm of the number of pulses at the beginning of homogeneous destruction lnN Σ1 = 4.92 and at the end of homogeneous destruction lnN Σ2 = 5.22 were found on it. Next, the difference between these two values was calculated by the formula dlnN Σ = lnN Σ2 - lnN Σ1 = 5.22 - 4.92 = 0.3. Next, the values of mechanical stresses were found in this interval, where σ 1 = 184 MPa at the beginning of homogeneous destruction, σ 2 =282 MPa at the end of homogeneous destruction. The difference was calculated as dσ = σ 21 = 282 - 184 = 98 MPa. Next, the value of the state parameter Y AE was calculated by the formula Y AE = dlnN / dσ = 0.3 / 98 = 0.003 MP -1 . According to the graph of the fatigue curve for a defect-free weld of the material steel 3 (Fig. 2), the allowable value of the slope of the fatigue curve Yr was determined, which is equal to 0.015 MP -1 . Next, the value of the ratio of the concentration-kinetic strength index Y AE and the slope of the fatigue curve Yr was calculated, where Y AE / Yr = 0.0011 / 0.015 = 0.07. The value of the concentration-kinetic strength index Y AE and the slope of the fatigue curve Yr were compared. Since 0.07 < 1, it means that the hardening technology is performed qualitatively and can be chosen as a hardening method for welded joints made of steel 3 with appropriate processing parameters.

Пример 2. Образцы из марки стали 09Г2С со сварными соединениями были подвержены упрочняющей технологии - виброобработка. Виброобработку сварных соединений на образцах производили при резонансной частоте от 24 до 32 Гц, времени вибрирования от 25 до 20 мин и вибрационном напряжении от 250 до 400 МПа. Далее проводилось статическое нагружение с постоянной скоростью в области упругих деформаций с регистрацией числа импульсов акустической эмиссии (АЭ) NΣ и значений механических напряжений σ. Строился график зависимости логарифма числа импульсов NΣ от механических напряжений σ. На графике выделялся участок однородного разрушения, который проявлялся за частичным затуханием активности АЭ и проходил с 22 по 25 секунду нагружения. Далее находились значения логарифма числа импульсов в начале однородного разрушения lnNΣ1 = 4,17 и в конце однородного разрушения lnNΣ2 = 4,89. Далее вычислялась разница между этими двумя значениями по формуле dlnNΣ = lnNΣ2 - lnNΣ1 = 4,89 - 4,17 = 0,72. Далее находились значения механических напряжений в этом интервале, где σ1 = 215 МПа в начале однородного разрушения, σ2 = 275 МПа в конце однородного разрушения. Вычислялась разница по формуле dσ = σ2 - σ1 = 275 – 215 = 60 МПа. Далее вычислялось значение концентрационно-кинетического показателя прочности YAE по формуле YAE = dlnNΣ / dσ = 0,72 / 60 = 0,012 МПа-1. Значение углового коэффициента Yr находилось по формуле Yr = 5,5 / σВ = 5,5 / 460 = 0,012 МПа-1, где предел выносливости σВ материала 09Г2С равен 460 МПа. Далее вычислялось значение соотношения концентрационно-кинетического показателя прочности YAE и углового коэффициента кривой усталости Yr, где YAE / Yr = 0,012 / 0,012 = 1. Так как 1 = 1, значит упрочняющая технология выполнена качественно, однако стоит пересмотреть значения параметров воздействия данной упрочняющей технологии на данный материал, так как соотношение параметров YAE к Yr находится в пограничном значении.Example 2. Samples of steel grade 09G2S with welded joints were subjected to hardening technology - vibration treatment. Vibration treatment of welded joints on samples was carried out at a resonant frequency from 24 to 32 Hz, vibration time from 25 to 20 min, and vibration stress from 250 to 400 MPa. Next, static loading was carried out at a constant rate in the region of elastic deformations with registration of the number of acoustic emission (AE) pulses NΣ and values of mechanical stresses σ. A graph of the dependence of the logarithm of the number of impulses NΣfrom mechanical stresses σ. A section of uniform destruction was distinguished on the graph, which manifested itself behind the partial attenuation of the AE activity and passed from 22 to 25 seconds of loading. Next, the values of the logarithm of the number of pulses at the beginning of uniform destruction lnNΣ1 = 4.17 and at the end of uniform fracture lnNΣ2 = 4.89. Next, the difference between these two values was calculated using the formula dlnNΣ = lnNΣ2-lnNΣ1 = 4.89 - 4.17 = 0.72. Next, the values of mechanical stresses were found in this interval, where σone = 215 MPa at the beginning of homogeneous fracture, σ2 = 275 MPa at the end of homogeneous destruction. The difference was calculated by the formula dσ = σ2 - σ1 = 275 – 215 = 60 MPa. Next, the value of the concentration-kinetic strength index Y was calculatedAE according to the formula YAE = dlnNΣ / dσ = 0.72 / 60 = 0.012 MPa-one. The value of the slope Yr was found by the formula Yr = 5.5 / σAT = 5.5 / 460 = 0.012 MPa-one, where the endurance limit σAT material 09G2S is 460 MPa. Next, the value of the ratio of the concentration-kinetic strength index YAE and the slope of the fatigue curve Yr, where YAE / Yr = 0.012 / 0.012 = 1. Since 1 = 1, it means that the hardening technology is performed qualitatively, however, it is worth reconsidering the values of the parameters of the impact of this hardening technology on this material, since the ratio of parameters YAEto Yr is in the borderline value.

Пример 3. Образцы из материала сталь 5пс со сварными соединениями подвергались упрочняющей технологии - термообработка. Термообработка осуществлялась со следующими параметрами: режим - высокий отпуск, температура - 400°С, время - 1 час, остывание - на воздухе. После подготовки образцов производилось статическое нагружение в области упругих деформаций с постоянной регистрацией числа импульсов акустической эмиссии NΣ и напряжений σ. Строился график зависимости логарифма числа импульсов NΣ от механических напряжений σ. На графике выделялся участок однородного разрушения, который следовал за частичным затуханием активности и проходил с 15 по 20 секунду нагружения. Далее находились значения логарифма числа импульсов в начале однородного разрушения lnNΣ1 = 4,51 и в конце однородного разрушения lnNΣ2 = 5,72. Далее вычислялась разница между этими двумя значениями по формуле dlnNΣ = lnNΣ2 - lnNΣ1 = 5,71 - 4,51 = 1,2. Далее находились значения механических напряжений в этом интервале, где σ1 = 210 МПа в начале однородного разрушения, σ2 = 280 МПа в конце однородного разрушения. Вычислялась разница как dσ = σ2 - σ1 = 280 - 210 = 70 МПа. Далее вычислялось значение концентрационно-кинетического показателя прочности YAE по формуле YAE = dlnNΣ / dσ = 1,2 / 70 = 0,017 МПа-1. Значение углового коэффициента Yr находилось по формуле Yr = 5,5 / σВ = 5,5 / 640 = 0,009 МПа-1, где предел выносливости σВ материала 5пс равен 640 МПа. Далее вычислялось значение соотношения YAE /Yr, где 0,017 / 0,09 = 1,9. Так как 1,9 > 1, значит упрочняющая технология выполнена некачественно. Использовать упрочняющую технологию с данными параметрами для данного материала не рекомендуется. Example 3. Samples of the material steel 5ps with welded joints were subjected to hardening technology - heat treatment. Heat treatment was carried out with the following parameters: mode - high tempering, temperature - 400°C, time - 1 hour, cooling - in air. After preparing the samples, static loading was performed in the region of elastic deformations with constant recording of the number of acoustic emission pulses N Σ and stresses σ. A plot of the dependence of the logarithm of the number of impulses N Σ on mechanical stresses σ was plotted. A section of homogeneous destruction was distinguished on the graph, which followed the partial attenuation of activity and passed from 15 to 20 seconds of loading. Next, the values of the logarithm of the number of pulses at the beginning of homogeneous destruction lnN Σ1 = 4.51 and at the end of homogeneous destruction lnN Σ2 = 5.72 were found. Next, the difference between these two values was calculated using the formula dlnN Σ = lnN Σ2 - lnN Σ1 = 5.71 - 4.51 = 1.2. Next, the values of mechanical stresses were found in this interval, where σ 1 = 210 MPa at the beginning of homogeneous destruction, σ 2 = 280 MPa at the end of homogeneous destruction. The difference was calculated as dσ = σ2 - σ1 = 280 - 210 = 70 MPa. Next, the value of the concentration-kinetic strength index Y AE was calculated using the formula Y AE = dlnN Σ / dσ = 1.2 / 70 = 0.017 MPa -1 . The value of the angular coefficient Yr was found by the formula Yr = 5.5 / σ В = 5.5 / 640 = 0.009 MPa -1 , where the endurance limit σ В of the 5ps material is 640 MPa. Next, the value of the ratio Y AE /Yr was calculated, where 0.017 / 0.09 = 1.9. Since 1.9 > 1, it means that the hardening technology is of poor quality. It is not recommended to use hardening technology with these parameters for this material.

Таким образом с помощью предложенного способа за счет установления датчиков с двух сторон образца, выделения однородного участка разрушения, следующего за частичным или полным затуханием активности акустической эмиссии, и нахождения на нем концентрационно-кинетического показателя прочности YAE, можно повысить точность оценки качества упрочняющих технологий.Thus, using the proposed method, by installing sensors on both sides of the sample, isolating a homogeneous area of destruction following the partial or complete attenuation of acoustic emission activity, and finding the concentration-kinetic strength index Y AE on it, it is possible to increase the accuracy of assessing the quality of hardening technologies.

Claims (5)

Способ оценки качества упрочняющих технологий, включающий нагружение и регистрацию числа импульсов акустической эмиссии, определение параметра состояния и расчёт величины диагностического параметра с дальнейшим сравнением величин, отличающийся тем, что высокочастотные датчики акустической эмиссии устанавливают с двух сторон на образцы и производят плавное нагружение изделия в области упругих деформаций, нагружение контролируют блоком управления и записывают значения механических напряжений на персональном компьютере, далее прекращают нагружение и строят графики зависимости числа импульсов акустической эмиссии от механических напряжений, затем выделяют этап однородного разрушения, который следует за частичным или полным затуханием сигналов акустической эмиссии и заканчивается резким ростом коэффициента перекрытия сигналов акустической эмиссии, на котором определяют значение параметра состояния, выраженного в виде концентрационно-кинетического показателя прочности YAE как параметра многоуровневой модели временной зависимости числа импульсов акустической эмиссии по формуле:A method for assessing the quality of hardening technologies, including loading and recording the number of acoustic emission pulses, determining the state parameter and calculating the value of the diagnostic parameter with further comparison of the values, characterized in that high-frequency acoustic emission sensors are installed on the samples from both sides and smoothly load the product in the elastic region. deformations, loading is controlled by the control unit and the mechanical stress values are recorded on a personal computer, then the loading is stopped and graphs of the dependence of the number of acoustic emission pulses on mechanical stresses are plotted, then the stage of uniform destruction is isolated, which follows the partial or complete attenuation of the acoustic emission signals and ends with a sharp increase acoustic emission signal overlap coefficient, on which the value of the state parameter is determined, expressed as a concentration-kinetic strength index Y AE as a parameter of many level model of the time dependence of the number of acoustic emission pulses according to the formula: YAE = dln NΣ / dσ, где:Y AE = dln N Σ / dσ, where: dln NΣ - разница значений логарифма числа импульсов акустической эмиссии в начале и в конце однородного разрушения, dln N Σ is the difference between the values of the logarithm of the number of acoustic emission pulses at the beginning and at the end of homogeneous destruction, dσ - разница значений механических напряжений в начале и в конце однородного разрушения,dσ - difference in mechanical stress values at the beginning and at the end of homogeneous fracture, далее рассчитывают допустимое значение углового коэффициента кривой усталости Yr, и сравнивают со значением величин концентрационно-кинетического показателя прочности YAE, если YAE /Yr ≤ 1, то упрочняющая технология выполнена качественно, а при YAE / Yr > 1 - некачественно.then, the permissible value of the slope of the fatigue curve Yr is calculated and compared with the value of the concentration-kinetic strength index Y AE , if Y AE / Yr ≤ 1, then the hardening technology is performed qualitatively, and with Y AE / Yr > 1 - poorly.
RU2021134591A 2021-11-26 Method for assessing the quality of strengthening technologies RU2775855C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2775855C1 true RU2775855C1 (en) 2022-07-11

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1295271A1 (en) * 1985-06-03 1987-03-07 Институт Проблем Машиностроения Ан Усср Method of determining article strength
SU1735761A1 (en) * 1989-10-23 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения Acoustic emission method of strength checking
RU2445616C1 (en) * 2010-12-06 2012-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Method for nondestructive inspection of strength of metal structures
RU2495413C1 (en) * 2012-05-12 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Method to monitor strength of reinforced concrete item under conditions of simple bending

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1295271A1 (en) * 1985-06-03 1987-03-07 Институт Проблем Машиностроения Ан Усср Method of determining article strength
SU1735761A1 (en) * 1989-10-23 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения Acoustic emission method of strength checking
RU2445616C1 (en) * 2010-12-06 2012-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Method for nondestructive inspection of strength of metal structures
RU2495413C1 (en) * 2012-05-12 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Method to monitor strength of reinforced concrete item under conditions of simple bending

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Scruby An introduction to acoustic emission
Toozandehjani et al. On the correlation between microstructural evolution and ultrasonic properties: a review
Rokhlin et al. In situ ultrasonic monitoring of surface fatigue crack initiation and growth from surface cavity
JP2020056688A (en) Structure non-destructive test device and non-destructive test method thereof
Garcia-Martin et al. Measurement of hardness increase for shot-peened austenitic TX304HB stainless steel tubes with electromagnetic Non-Destructive testing
Kim et al. Surface acoustic wave measurements of small fatigue cracks initiated from a surface cavity
Hübschen Ultrasonic techniques for materials characterization
Sarris et al. Ultrasonic methods for the detection of near surface fatigue damage
RU2775855C1 (en) Method for assessing the quality of strengthening technologies
Wu et al. Data-driven time–frequency analysis of nonlinear Lamb waves for characterization of grain size distribution
Adam et al. Model-assisted probability of detection for ultrasonic structural health monitoring
Bellotti et al. Nonlinear ultrasonic technique for the quantification of dislocation density in additive materials
Lunev et al. Acoustic parameters as the material formability criteria
RU2315971C1 (en) Damage degree of object detecting method
Khan et al. Postweld heat treatment characterization of mild steel (E6013) welded areas using wavelet transform of ultrasonic testing signals
RU2457478C1 (en) Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels
Prakash et al. Investigation of material fatigue behavior through cyclic ball indentation testing
Ohtani Acoustic damping characterization and microstructure evolution during high-temperature creep of an austenitic stainless steel
JPH0611464A (en) Method for evaluating degree of fatigue of structural material
RU2585796C1 (en) Method for quality control of articles
RU2803019C1 (en) Method of ultrasonic damage control of materials under various types of mechanical destruction
RU2797941C1 (en) Method for diagnostics and quality control of a controlled object
WO1990010857A1 (en) Field indentation microprobe for structural integrity evaluation
Bunget et al. Identification of material damage precursors using nonlinear ultrasonics
Bunget et al. Imaging fatigue damage precursors based on nonlinear phased array ultrasonic measurements of diffuse field