Исследование кинетики разрушения металлов на заключительных стадиях деформирования методом акустической эмиссии тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Р Г Б ОД

НАШОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МІПНОСТІ

На правах рукопису

НЕДОСЄКА Станіслав Анатолійович

ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ РУЙНУВАННЯ МЕТАЛІВ НА ЗАКЛЮЧНИХ СТАДІЯХ ДЕФОРМУВАННЯ МЕТОДОМ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ

01.92.04 - Механіка деформівного твердого тіла

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня . кандидата технічних наук

Київ 1994

Робота виконана у Інституті проблем .міцності Національної -АН України

Науковий керівник: академік АН України,доктор технічних . наук, професор .

Лебедев Анатолій Олексійович

Офіційні.опоненти: доктор технічних наук

Прокопенко Г.І.

. кандидат технічних наук,професор

. Радченко А.І.

Провідна установа: Київський політехнічний Інститут

Захист відбудеться " ” л 1994 р.

о ~‘ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 016.33.01 при Інституті проблем міцності АН України у приміщенні конференц - валу інституту ( 252014 , Київ, вул. ТІмірязевська, 2 ).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем міцності Національної АН України. .

Автореферат розісланий ~7~^ —1994 р.

УЧЕНИЯ СЕКРЕТАР спеціалізованої ради доктор технічних наук

Ф.Ф.ГігІняк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи.

Розвиток сучасної техніки ставить перед наукою про міцність важкі завдання, які часто не можуть бути вирішені у межах класичних підходів,зокрема,у межах механіки суцільного середовища. Відповідні аналітичні рішення потребують розробки нових математичних моделей та усе значніших витрат часу .Для коректних чисельних рішень не.вистачає швидкості роботи та 'пам’яті сучасних комп’ютерів.Тим часом велика кількість реальних конструкцій експлуатується з тріщинами,що сприводить до необхідності оперативних рішень ряду важливих задач щодо вивчення механізмів виникнення.розвитку тріщин у матеріалах,а головне -оцінки живучості та реального залишкового ресурсу таких конструкцій. У зв'язку з цим набувають особливої актуальності дослідження процесу руйнуранняя матеріалів на заключних стадіях деформування,на стадії утворення і росту макротрідини тощо.

Для вирішення цієї задачі у рамках даної роботи був вибраний метод акустично! емісії .який е ефективним засобом,що дозволяє не лише знаходити тріщини,які вже існують або зароджуються ,але також вивчати фізичні процеси,що відбуваються у деформівному матеріалі . ( '

Мета дисертації - вивчення акустичної емісії матеріалів різних класів на заключних стадіях деформування та встановлення закономірностей їх руйнування методом АЕ .зокрема у залежності від виду напруженого стану маїеріалу та жорсткості системи навантаження. ’ '

Засобом для досягнення поставленої мети е розроблена методика експерименту,що дозволяє контролювати процес руйнування на різних стадіях деформування матеріалу з одночасним записом діаграми деформування матеріалу та сигналів акустичної емісії. Вплив виду напруженого стану вивчали на зразках з різними концентраторами, для випробування котрих використовували як стандартну розривну машину, так і спеціальний пристрій із змінною жорсткістю навантаження. ;

Наукова новизна дисертац11.

Вперше на основі аналізу нових експериментальних даних були встановлені параметри акустичної емісії ,які є найбільш характерними для окремих дільниць падаючої вітки повної діаграми

деформування . Було показано принципова можливість оцінки впливу виду напруженого стану матеріалу та жорсткості системи навантаження на параметри акустичної емісі1,а також наявність певних кореляційних зв’язків між параметрами акустичної емісії та критеріями тріщиностійкості матеріалу.Проведено оцінку впливу неоднорідності механічних властивостей,що визвані зварюванням, на характер акустичної емісії , зокрема на заключних стадіях деформування.

Практична цінність. .

' Був створений комп’ютерний банк даних,які отримані методом акустичної емісп.щодо зародження й розвитку руйнування у реальних матеріалах. Для ряду конструкційних матеріалів були встановлені найбільш інформативні параметри акустичної емісії та їх характерні розподіли на’різних стадіях розвитку руйнування, розроблені рекомендації по їх практичному застосуванню у діагностиці реальних виробів.Завдяки даним, отриманим при випробуваннях, один з розроблених зразків було включено до ТУ на випробування матеріалів методом акустичної емісії. ■

Апробація роботи.»

Матеріали дисертації були опубліковані у п’яти роботах .були зроблені та позитивно оцінені доповіді на міжнародній конференції " Зварювальні конструкції "( Київ ,1990 р.) ; на

регіональній конференції■" Динамічні задачі механіки суцільного середовища,теоретичні і прикладні питання вібраційного просвічування Землі " ( Краснодар , 1990 р. ,); на семінарах відділів

технічної діагностики ІЕЗ їм. Є.О. Патона ( 1993 р .) , статичної міцності та пластичності конструкційних матеріалів Інституту проблем міцності Національної ÁH України (1990-1993 рр.), на поєднаному семінарі відділів Інституту проблем міцності Національної АН України ( Київ.1993 р. ).

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається Із вступу, п’яти глав,завершення,пе-реліка літератури з 102 назв, додатку 1 містить 186 сторінок машинописного тексту, 60 рисунків. •

ЗМІСТ РОБОТИ '

У першій главі виконаний огляд літератури,який відображує сучасний стан досліджень з теми дисертаціІ.Був проведений критичний аналіз існуючих уявлень про фізичну суть явища акустичної

- з -

емісії та розробленого на його основі методу діагностики,а також найбільш важливі напрями досліджень у цій галузі,їх особливості та недоліки.Показано високу ефективність методу АЕ для дослідження кінетики руйнування конструкційних матеріалів.Згідно з результатами огляду літератури сформульовані задачі дослідження.

У другій главі обговорюється метод механічних випробувань, який заснований на побудові повних діаграм деформування матеріалів.Показано перспективність застосування вказаного методу для дослідження кінетики руйнування металів на стадіях виникнення і розвитку макроруйнування.Також описаний глас досліджуваних матеріалів та зразки для випробувань,експериментальне обладнс. .ня та апаратура.

За об’єкт дослідження вибрано інструментальні сталі 65Г та У8.загартовані до ННС 60;корпусна сталь 15Х2МФА у трьох станах ¡після стандартної термообробки (сталь типу КП60,тобто у стані,що використовується у виробі (корпус реактору), та після спеціальної термообробки( сталі типу КП80 і КП100),що імітує ра-диаційне окрихчення на різних стадіях напрацювання; нержавіюча сталь 08Х18Н10Т , мартенситно - старіюча сталь,сталь Ст 3 та алюмінієві сплави АЩс та АМЦн2.Вибір цих матеріалів обумовлений, по-перше, їх широким використанням у реальних конструкціях, по-друге, тим,що цими матеріалами представлений найширший спектр . механічних властивостей.

Зразки для випробувань представлені на рис. 1. Вибір форми і габаритів зразків,які показані на рис. 1, обумовлений тим,що н проба-/ таких розмірів та конфігурацій накопичено значний експериментальний матеріал а оцінки повікодженості у процесі деформування та тріщиностійкості,у тому числі із урахуванням виду напруженого стану та .експлуатаційної наробітки.Широкі зразки розміром 330*330 ми,які були розроблені автором дисертації .являють собою вдосконалений зразок,що призначений для реалізації рівноважного руйнування робочої частини при розтягненні зразка на стандартному випробувальному обладнанні.Таким чином,зразок ( рис. 1, в) е рамною конструкц1ею,робоча частина котрої (ЗО * 4 мм у перерізі) деформується рівноважно. Для навантаження малогабаритних зразків використовували стандартну розривну машину УММ-5 та спеціальну установку із змінною жорсткістю системи навантаження.Прй цьому жорсткість системи навантаження змінювалася від 3 до 18 т/мм.Для

випробувань широких зразків застосовували прес ПРГ - 200 Із спеціально розробленим реверсором та захватами до нього.

За акустико - емісійну апаратуру використовували прилади "DEFECT0PH0NE”. спільного Українсько-Угорського виробництва.Програмне забезпечення для збору ДЕ - даних,їхнього відображення,перетворення та післяшзпериментального аналізу функціонує під управлінням операційної системи MS-DOS.

У процесі випробувань реєстрували та аналізували такі параметри АЕ »: сумарний рахунок,кількість осциляцій у сигналі, амплітуда • сигналу,час зростання сигналу до максимуму,тривалість імпульсу,рівень неперервної емісії та ін.Обробка даних побудована на основі клаетерного аналізу. В усіх випробуваннях використовувалася однакова схема розташування датчиків АЕ -лінійна з рівною відстанню між датчиками .

Особливої уваги заслуговують дані акустичної емісії,отримані при рівноважному деформуванні’матеріалів .Рівноважне деформування являє собою практично єдиний засіб виростити у зразку трі вдану природиим шляхом .зафіксувати при випробуваннях будь-яку стадію деформування матеріалу,включаючи.' стадію росту макротріщини на кожному 11 відрізку,припинити подальше деформування зразка,та використовувати його потім для досліджень,наприклад,структурного стану на конкретній , зафіксованій стадії деформування. Зрозуміло , шо , • використовуючи рівноважне деформування , можна достовірно виділити параметри акустичної емісії,характериі для кожної стадії розвитку руйнування . '

З метою реалізації можливості отримання діаграми деформування 8разків у координатах *’ видовження - навантаження " була проведена ' сумісно 18 спеціалістами ІЕЗ їм. 8.0. Патона доробка програми AET00LS , у результаті якої' забезпечили можливість синхронного запису по чотирьох акустичних каналах та двох низькочастотних (визначених для вимірів навантаження та деформації) двома приборами " DEFECT0PH0NE ”,з подальшим об'єднанням Інформації до одного стандартного файлу,а також ввід з клавіатури комп'ютера інформації ^значенням площі поперечного перерізу зразків та побудова діаграми деформування матеріалу у координатах " відносне видовження - напруження ” .

Для оцінки достовірності отриманих експеріментальних даних використовували W - критерій . Усі отримані дані були перевірені 'за допомогою W - критерія на нормальність,після чого були вико-

. - 5 -

нані розрахунки відповідних статистичних характеристик.Оцінка показала задовільну достовірність вимірів .

У третій главі приведені результати досліджень кінетики руйнування сталей різних класів на заключних стадіях деформування при одновісному статичному розтягненні.Дані акустичної емісії записували на протязі усього процесу деформування до повного руйнування зразків включно.

Для дослідження методом акустичної емісії кінетики крихкого руйнування інструментальних сталей використовували плоскі малогабаритні зразки,з різними типами концентраторів .Випробування,виконані на стандартній розривні машині.показали,що амплітуда дискретної емісії та рівень неперервно! емісії являють собою дійсно Інформативні параметри АЕ,котрі змінюються згідно із змінами,які відбуваються у деформівному матеріалі на заключних стадіях .Для крихких матеріалів у момент руйнування виникає одиничний імпульс АЕ.Безпосередньо після дискретного Імпульсу ■ відбувається стрибок неперервної емІсП.АналІз отриманих даних показує,що для сталей 65Г та У8 на стадії руйнування характерна постійність амплітуд сигналів АЕ та рівня неперервної емісії .

При дослідженні кінетики руйнування сталі Ст 3, мартенсит-но-старіючої та нержавіючої сталей були використані малогабаритні зразки круглого перерізу з робочою частиною діаметром 8,00. мм з кутовьши та круговими концентраторами ,а також гладіїї зразки. Навантаження зразків на стандартній розривній машині провадилося в постійною швидкістю , акустичну емісію' реєстрували на усьому протязі навантаження. У момент старту макротріщини для усіх випробуваних зразків простежувався стрибок неперервної емісії. Як показали випробування,Існує залежнїсть.максимального рівня неперервної емісії від радіусу концентратору напружень. Аналогічна залежність простежується і для амплітудних максимумів А1 у реакторній сталі 15Х2МФА.Це говорить про те,що для випробуваних пластичних матеріалів кількох класів вплив жорсткості напруженого стану на енергетичні параметри руйнування (амплітуда й рівень неперервної емісії) має стійкий характер.

Для дослідження кінетики руйнування сталі 15Х2МФА виконували прямокутні та круглі зразки з кутовими та круговими концентраторами,а також гладкий зразок ..

, Випробування показали,що для даних матеріалів існують два

види дискретних сигналів АЕ:сигнали з низьким числом осциляцій (порядку кількох десятків) спостерігаються на протязі усього процесу деформування 1 відображують стрибкоподібне накопичення пошкоджень у матеріалі;сигнали з числом осциляцій порядку сотень виникають безпосередньо перед утворенням макротріщкни 1 відображують кінетику процеса макроруйнування.З числом осциляцій корелює також тривалість акту дискретної АЕ .Характер змінення вказаних параметрів при деформуванні реакторних сталей схематично показаний на рис. 2,як і типові діаграми амплітудного розподілу АЕ. Для усіх амплітудних портретів руйнування характерною є наявність "сідла" з двома максимумами амплітуди А1 і А2 . З’явлення неперерьівної емісії відбувається,як 1 у випробуваних раніше крихких матеріалах,безпосередньо на стадії руйнування, услід за пакетом імпульсів з максимальною амплітудою А2.3а інформативний параметр акустичної емісії був вибраний максимум амплітуди А1 . який , згідно з проведеними випробуваннями,відповідає відривній ділянці росту макротріщини.Мінімальні значення параметра А1 у гладких зразків,максимальні-у зразків з найбільш жорстким концентратором .

Для дослідження окремих стадій руйнування сталей КП60,КП80 та КПЮО були використані ті ж зразки,ш,о й при стандартних випробуваннях цих материалів.Навантаження здійснювали спочатку на спеціальній установці у режимі рівноважного деформування різних стадій , які визначалися по машинній діаграмі деформування. Особливо необхідно виділити експеримент,у ході якого зразки руйнувалися повністю рівноважно.Запис акустичної емісії починали в цьому випадку з моменту,коли навантаження на зразок досягало максимуму. На рис. 2 крапками К...В на діаграмі.отриманій на жорсткій машині.відмічені реперні точки.які відповідають зміні різних стадій деформування зразків. ' ■

Випробування показали, що характер розподілу амплітуд неперервної та дискретної акустичної емісії,а також числа осциляцій та тривалості подій якісно не залежить від того,був чи не був матеріал попередньо деформованим.Для усіх амплітудних портретів руйнування залишається характерною наявність "сідла " з двома максимумами амплітуди А1 та А2 ( рис. З ).Частіше у момент остаточного розділу'зразків на частини спостерігається ще декілька імпульсів з амплітудою нижче другого максимуму.Така картина

. ' 7 ' разподілу сигналів АЕ фізично вірно відображує кінетику розвитку тріщини у зразках даної конфігурації.Дійсно.тріщина першочергово стартує у центральній частині зразка, де пошкодженість досягає граничних значень, за механізмом в'язкого відриву. Цій стадії руйнування матеріала зразка відповідає перший максимум амплІтуди-АІ.У процесі подальшого росту тріщини за змішаним механізмом, якому відповідав зростання енерговитрат на просунення тріщини(днв. ділянку Б-В на рис.2),відмічається зростання амплітуди сигналів до другого максимуму А2.Остаточний розділ зразків на частини за механізмом в’язкого зрізу у час виходу макротріщи-ни на поверхню супроводжується зменшенням амплітуди сигналів..

Якісна схожість амплітудних розподілів, яка не залежить від того,при якому ступені попереднього деформування відбувалося повторне навантаження, свідчить про те, що послідовність мікро-механізмів руйнування при розповсюдженні тріщини у використаних зразках зостається незмінною.Змінюється лише енер’їя.що вивіль- • нюється під час руйнування частини зразка по певному мікроме-ханізму.а також особливості переходу від одного механізму до другого при випробуванні зразків різної конфігурації.

Випробування зразків на спеціальній установці з підвищеною жорсткістю навантаження показали,що рівноважне деформування зразків з розвитком руйнування,який контролюється на ділянці, росту макротріщини, підвищує кількість сигналів,що реєструються, на порядок порівняно з аналогічними ,випробуваннями на стандартній машині.Час розповсюдження макротріщини по перерізу зразка такол; підвищується на порядок та більше.

Провалені випробування дозволили встановити відповідність сигналів АЕ,отриманих при рівноважному деформуванні , певним стадія:.! розвитку руйнування.На діаграмі деформування випробуваних зразків є чітко виражені дві групи сигналів з максимумами амплітуди А1 та А2.Завершується руйнування неперервною емісією.Таким чином,повністо зберігається характер руйнування цієї сталі, але картина розподілу сигналів АЕ є більш доладною (порів. рис.З,а та 3,6). Аналіз отриманих даних показав,що амплітудний максимум АІ підвищується з ростом жорсткості напруженого стану у матеріалі. •

Таким чином,найбільш інформативним матеріалом для досліджень м§ге,гом АЕ а сталь 15Х2ЮА у різних станах.Для неї характерними е наявність дискретної АЕ на всіх стадіях деформування,стрибок

&

У

•9

14

0 6 20ТВ

о N

00 . ]

) V

М14

014

а

5'

в

ї’ис. 1 .а) Малогабаритні плоскі (а.в) та круглі (б) зразки для випробувань.

Рис.2. Розподіл параметрів АЕ сталі' ІбХ^МФА ( С - число осциляцій, V -тривалість події, А-амплІтуда.АУг-неперерзш АЕ.) па початкових (І) та гаключних ( II ) стадіях деформування.

Аі=122 &

Рис.З, Розподіл амплітуд та неперерьівної АЕ на заключних стадіях деформування сталі 15Х2Ш>А: а)при випробуваних на стандартній машині,б) прн рівноважному деформуванні.

неперервної емісії при переході до заключної стадії росту макро-трівини.Параметри дискретної АЕ на стаді, макроруйнування мають розподіл одного й того ж виду,а величина деяких з них залежить від виду напруженого стану . '

У четвертій главі проведено аналіз результатів досліджень акустичної емісії при деформуванні .алюмінієвих сплавІв,зокрема зразків Із зварним швом та зварною точкою. ■

Вшшв неоднорідних механічних властивостей,що викликані наявністю зварного шва або зварної точки,на параметри акустичної емісії вивчали на алюмінієвих сплавах, АЩс та АШІн2 . На робочій частині широких зразків,які забезпечують рівноважне деформування , виконували поперечний надріз або отвір,Потім електрозварюванням наносили зварний шов або' зварну точку Спочатку були випробувані малогабаритні зразки з різними типами концентраторів,потім широкі зразки без зварного з'єднання 1 такі ж зразки із зварними з'єднаннями.Вибраний порядок випробувань дозволив простежити закономірності переходу до рівноважного деформування 1,після того,до деформування металу зварних з’єднань, .

Випробування зразків показали,що вварювання значно підвищує кількість джерел АЕ.що виникають у матеріалі,а характер акустичної емісії при рівноважному деформуванні таких зразків суттєво відрізняється від характеру акустичної емісії при деформуванні випробуваних сталей . За основні інформативні параметри у цьому випадку можуть бути прийняті розподіли амплітуд дискретної та неперервної емісії. Характерні діаграми деформування вказаних зразків показані на рис. 4. Як бачимо, у випадку руйнування по основному металу рівень неперервної емісії у процесі деформування не змінюється. Цікаво,що для зразків їв зварною точкою характерний Інший рівень максимуму неперервної' емісії,ніж у зразків Із зварним швом. • ' ,

Для дослідження особливостей розвитку руйнування у ряді зразків Із зварною точкою були зімітовані різні типи просунення тріщини. Як бачимо .максимум неперервної емісії у всіх зразків, що руйнувалися по зварному металу, знаходиться між умовною границею-плинності та границею міцності- . Припинення неперервної емі’сії відповідає стартові макротріидани.Переломам на диаграмі деформування матеріалу,які пов'язані з виходом мак-ротріщини до основного металу,або виходом із основного металу у

Рис.4. Розподіл амплітуди та неперервної АЕ у зразках із зварними з’єднаннями С амплітуда показана тільки для заключних стадій ): а)руйнування по зварному шву ; б) вихід тріщини за межі шва; в) руйнування навколо шва; д) руйнування по зварній точці; е) обходячи точку.

зону зварювання,відповідають максимуми амплітуди дискретної Аі У п'ятій гдаві сформульовані феноменологічні основи оцінки передруйнівного стану реальних матеріалів та їхньої тріщи-ностійкості на основі аналізу параметрів акустичної емісії, розглянуті характерні ознаки передруйнівного стану для різних матеріалів,а також побудовані критеріальні співвідношення,які дозволять в використанням тільки параметрів АЕ оцінивати стан матеріалу на заключних стадіях деформування .

У ряді «матеріалів ( вуглецеві , нержавіюча , мартенситно -старіюча сталі) під час переходу до стадії розміцнення,тобто одразу за границею міцності,дискретна емісія припиняється до повного руйнування зразка включно‘.Отже, для цих матеріалів характерною ознакою переходу до розмщнекяя' являється саме припинення дискретної АЕ. ’ ,

Для сталей У8,65Г,15Х2МФА такими параметрами є число осци-ляцій та тривалість події АЕ,які при переході до падаючої вітки діаграми деформування Істотно зростають . У крихких матеріалах типу У6,65Г подібне збільшення вказаних параметрів АЕ відповідає стадії росту макротріщини. ,

Важливим аспектом оцінки стану конструкційних елементів методом акустичної емісії- було встановлення, за величиною 1 виглядом розподілу параметрів АЕ характерних особливостей джерела сигналів на заключних стадіях деформування,що дозволяє для ряду матеріалів дати відповідь на слідуючі питання.-чи являється джерело сигналів макротріщиною.яка розвивається ; на якій стадії розвитку макротріщини знаходиться .матеріал; розвивається руйнування з поверхні чи зсередини виробу;який ( приблизно ) рівень напружень у зоні розвитку руйнування.Так,характерною властивістю практично усіх випрбуваних матеріалів ( за виключенням алюмінієвих сплавів ) є виникнення неперервної акустичної емісії на останній стадії руйнування аж до розділу 8разка на частики. Таким чином,стрибкоподібне підвищення неперервної емісії є характерною ознакою небезпечної тріщини,яка швидко росте,та близького повного руйнування конструкційного елементу..

Для оцінки жорсткості напруженого стану матеріалу зразка у залежності від концентраторе напружень може бути використаний параметр Бріджмена

Ке ш/бі- 1/3 + 1п ( 1'+т/2Я ) ,

де Єт, 6і -середи« напруження, інтенсивність напружень,відповідно;

■ . - 13 - <

г . R - геометричні параметри шійки ( радіуси шійки та профіля).

Як зазначалося у третій глав1,1снує залежність величини амплітудного максимуму А1 від геометрії і типу концентратора напружень. З підвищенням жорсткості напруженого стану величина А1 зростає . По зміненню величини А1 у матеріалах типу реактор-них сталей можна оцінювати змінення напруженого стану у області трішини.Так,для сталі 15Х2МФА знайдено експоненціальну залежність між величиною А1 та жорсткістю напруженого стану Ке:

К<5 = 0,78 + ехр ( 0,704 * А1 -87,6 ) , '

де 0,73 - мінімальне значення величини К<5 .досягнуте на зраз ках з концентраторами з точністю до уОХ. Подавання приведеного вище рівняння у вигляді: .

. Kg = Ktfinin + а * exp ( b * А1 ) ■ ,

де а, b - коефіцієнти,матеріалу, дозеоляє трактувати а відомими оговірками цю формулу як акустико - емісійний аналог формули Бріджмена. Оскільки характер залежності А1 для сталі 15Х2МФА та Avr для деяких інших випробуваних материал і в залишається незмінним , рівняння в узагальненому вигляді буде зберігатися” і для цих матеріалів: -

К<а => КбШІП + а * ехр ( Ь * Р ) ,

де Р - узагальнений параметр акустичної емісії.

Були проаналізовані параметри сигналів .яким відповідали . амплітудні максимумы А1 та А2 . Аналіз показав , що число осци-ляцій ( С ) та тривалість події ( W ) також досягають при цьому максимугів, Змінення співвідношень А1 / А2 , Cl / С2 , VI / W2 у залежності від жорсткості напруженого стріну має однаковий характер.Оскільки дані співвідношення відображують зміни виду сигналу при переході від Імпульсу з амплітудою А1 до імпульсу з амплітудою А2,для.оцінки жорсткості напруженого стану матеріалу можна 'запропонувати рівняння:

Kg - Kemin + а * exp(b/3 * (A1/A2+C1/C2+W1/W2)) ,

яке враховує зміни форми сигналу АЕ при переході від переважно одривного до переважно зрізового механізму руйнування.

Проведені випробування показали,що на стадії накопичення пошкоджень,яка відповідає спадаючій ділянці діаграми деформування, у зразках з кутовими концентраторами напружень виникає дискретна АЕ,кількість імпульсів якої зростає з ростом жорсткості Концентратора. Як відомо ,у зразках з кутовими концентраторами зона накопичення пошкоджень є локалізованою, а макротріщина починає

розвиватися з поверхні зразка.Використовуючи параметри дискретної емісії, на стадії розміцнення можнє. судити про внутрішнє чи поверхнею формування тріщини, і.як слід .точніше прогнозувати характер майбутнього руйнування конструктивного елементу.

Жорсткість системи навантаження впливає на параметри АЕ таким чином. По-перше.змінюється швидкість зародження та розповсюдження макротрівдани по перерізу зразків,що призводить до зміни кількості імпульсів дискретної акустичої емісії , які реєструються яа заключних стадіях деформування. При рівноважному деформуванні реакторноісталі 15Х2МФА кількість імпульсів дискретної АЕ на стадії росту макротріщини підвищуаеться на порядок. По-друге,при рівноважному деформуванні зразків будь-якої конфігурації з тйх.що застосовували , акустико-зм1сійна інформація завжди була найповнішою.У зв’язку з тим,що процес зародження 1 розвитку руйнування проходив достатньо повільно,метод АЕ вистежував навіть незначні зміни у матеріалі.враховуючи й ті,які не впливають на форму повної діаграми деформування. У той же час, вид розподілу параметрів АЕ,наприклад,амплітуди,залишається незмінним під час деформування матеріалу у навантажуючих пристроях будь-якої жорсткості.Не впливає на вид розподілу параметрів АЕ 1 геометрія використаних зразків.Зміни ж кількісних значень характерних екстремумів амплітуди та Інших акустичних параметрів обумовлені впливом виду напруженого стану матеріалу,форми зразка та передістор11 навантаження.

Висока повторювальність кількісних значень параметрів АЕ,вимірюваних на _заключних стадіях деформування ( амплітудний максимум А1 у реакторних сталей,максимум неперервної емісії у сталі 08Х1ВД10Т та 1н.), свідчить про їх зв’язок з процесами, що відбуваються у матеріалі при розвитку тріщини,та,відповідно,з характеристиками тріщиностійкості матеріалу. У результаті проведеного аналізу була встановлена достатньо стійка кореляція між характеристикою тріщиностійкості Кд.яка відображує енерговитрати на рост одривної тріщини 1 визначається по параметрах спадаючих ділянок повних діаграм деформування,та приведеними значеннями найбільш показних параметрів АЕ: -

Рпр « Р * Рст / Ро .

де Р - параметр АЕ ;Ро,Рст - площа переріву зразка у початковому стані та у момент старту тріщини.Виходячи 8 чого,можна записати: К*« а - Ь Рпр .

Тут а,Ь - константи,які визначають,експериментально для кожного класу матеріалів. Співвідношення дозволяє,зокрема, по данин акустичної емісії оперативно оцінювати тріщиноетійкість ма-

теріалу у залежності від напрацювання,температурного,радіаційного та інших видів впливу.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1.Набув подальшого розвитку метод дослідження кінетики руйнування матеріалів'.заснований на рівноважному деформуванні зразків при одновісному статичному розтягненні.Вперше кінетика

руйнування матеріалів на заключних стадіях деформування була

досліджена за допомогою методу акустичної емісії.

".Розроблена методика випробувань металів методом акустичної емісії на будь-яких стадіях деформування в умовах одновісного

статичного розтягнення з можливістю зміни жоосткості системи навантаження у значних межах. Успішне виконання роботи потребувало

істотної доробки методики вимірювань на ДЕ - апаратурі,що випускається серійно, та програмного забезпечення до неї.

3.Проведені випробування матеріалів різних класів показа-

ли,що такі параметри акустичної емісії,як амплітуда,рівень неперервної. емісії,тривалість події та число осциляцій відображують основні процеси,'які відбуваються у матеріалі при розвитку руйнування, та можуть успішно використовуватися як высокоінформативні параметри не лише для фіксації різких переходів у структурі матеріалу,наприклад,моменту старту макротріщини,але й для оцінки деяких механічних властивостей матеріалу. .

4. У результаті досліджень крихких та пластичних сталей різних класів було показано,що для ряду матеріалів характерна наявність стійкого розподілу параметрів АЕ на стадіях зародження й росту макротріщини.Існування зв'язку величини характерних екстремумів амплітуди та неперервної емісії з жорсткістю напруженого стану дозволило запропонувати регресійні рівняння,які дозволяють з використанням параметрів АЕ оцінивати вид напруженого стану матеріалу.

5. Експериментально, показана наявність залежності характерних екстремумів амплітуди та неперервної емісії у момент старту макротріщини від тріщиностійкості матеріалу,У рез.льтаті був введений ряд параметрів .які об’єднують акустичні 1 ме-

ханІчні властивості матеріалів - «ретаедені максимуми амплітуди та неперервної емісії у момент старшу Фрішини , зв'язані регре-_ сійною залежністю з параметром тріщиностійкості К * ,що дозволяє приблизно оцінювати тріщиноетійкість деяких матеріалів.

6. Досліджені властивості алюмінієвих сплавів на заключних стадіях деформування для зразків різної конфігураціІ,у тому числі із зварними з'єднаннями.Результати,які відображують кінетику руйнування пластичних матеріалів при наявності градієнту механічних властивостей .визваного попереднім нагрівом при зварюванні , дозволили оцінити вплив виду зварного з’єднання на характер акустичної емісії на усіх стадіях деформування.

7. На основі результатів виконаних досліджень розроблені найпростіші алгоритми,які дозволяють з допомогою апаратури типу "DEF’"CTOPHONI£” проводити оцінку стану реальних конструкцій.

Основні результати дисертації відображені у роботах: . .

1.Чаусов Н.Г. . Недосека С.А. Кинетика разрушения материалов при неоднородных механических свойствах / Международная конференция ” Сварные конструкции ”. Киев , 24 - 28 сент. 1990 г. : Тез. докл. / АН УССР. ИЭС им. Е. О. Патона; Редкол. : Лобанов Д. М.( отв. ред.) и др.- Киев : ИЭС им. Е.О. Патона, 1990. - С.230.

2.Исследование кинетики разрушения пластических материалов с использованием акусто - эмиссионного метода / A.A. Лебедев , Н.Г. Чаусов,С.А. Недосека//Динамическиекзадачи механики сплошной среды , теоретические и прикладные вопросы вибрационного просвечивания Земли¡материалы докладов региональной конференции : -Краснодар , изд. Кубан. ун-та .- 1990. 4.1 .г С.104,

3.Недосека С.А.Метод акустической эмиссии как эффективное средство для исследования кинетики разрушения материалов на стадиях зарождения и развития третин (обзор)//Техническая диагностика и неразрушаяций контроль.-1992-N 3.-С.26-34.

4.Влияние вида напряженного состояния на параметры акустической эмиссии на заключительных стадиях деформирования металлов /Н.Г. Чаусов, С.А. Недосека, А. А.. Лебедев//Техническая диагностика и.неразрушаюший контроль.-1993-N 3.-С.18-23.

5.Исследование кинетики разрушения .талей на заключительных

стадиях деформирования методом акустической эмиссии /Н.Г.Чаусов, С.А. Недосека.А.А. Лебедев//ЇЇробл^прочности;- друкується .

Підгт. до др. '/9.0*!'. 94, Формат 60*34/16. Папір офс. Офс.'др. Умови, др. арк. <?,_£*. Умови, кр. -відб. Обл.'-вид. арк. ^ О- Тираж ЇСО прим. Замовл.

Ціна Зг$<о~иітсАЇси.____________________;________. ’

Дільниця ротапринтного друкування ВНТІ ІПМ АНУ 252014. Киів-14. вул. Тимірязєвська, 2