Введение к работе
Актуальность темы.
В последнее время возросло количество публикаций в области исследования вариаций (изменений) скорости распространения ультразвуковых волн в процессе пластической деформации материалов. Больше внимания уделяется теоретическим работам, посвященным влиянию дислокационной структуры материала на скорость ультразвуковых волн. Существует ряд работ по исследованию влияния структуры материала и содержания в нем примесей на скорость распространения ультразвуковых волн. Выявлены некоторые закономерности изменения скорости ультразвука при вариациях режимов термообработки сталей и алюминиевых сплавов. Найдены эмпирические зависимости, связывающие изменение скорости ультразвука с содержанием в исследуемом материале легирующих элементов.
Использование акустических методов неразрушающего контроля состояния металла действующих объектов является важной задачей в транспортной и строительной системах. Неразрушающий контроль преследует как минимум три главные цели: определение наличия дефектов и их размеров, выявление остаточных внутренних напряжений и их значения, оценка ресурса работы изделия. Теме определения дефектов, их размеров и эволюции в процессе эксплуатации посвящено множество работ, начиная с импульсной дефектоскопии и заканчивая активно развивающейся в последнее время акустической эмиссии. Попытки выявить связь скорости распространения ультразвука с остаточными напряжениями, действующими в материале, были предприняты еще в середине 20-го века, с появлением приборов, позволяющих определять скорость распространения ультразвука и ее изменение, с точностью не менее 104. Оценка ресурса работы - одна из наиболее важных и сложных задач неразрушающего контроля, множество работ, посвященных данному вопросу, имеют узкое направление и часто малую достоверность.
Практически отсутствуют работы по выявлению характера поведения скорости ультразвука в процессе релаксации напряжений или ползучести материалов. Подобные работы совместно с работами, исследующими изменение скорости ультразвука в процессе активного нагружения, в своем завершении позволят разработать методы, предопределяющие некоторые механические свойства материала и эволюцию его структуры в процессе эксплуатации или механических испытаний.
Работа выполнена согласно этапу отработки методики и приборного обеспечения измерения скорости ультразвука, бюджетных заданий научно-исследовательских работ ИФПМ СО РАН «Экспериментальные исследования иерархии механизмов локализации пластической деформации, ее эволюции и природы в моно- и поликристаллах металлов и сплавов».
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА {
Цель работы: Провести исследования поведения скорости распространения ультразвуковых поверхностных волн в процессе механических испытаний сталей феррито-перлитного и аустенитного классов, титана ВТ1-0, поликристаллического кобальта, алюминия А85, сплавов Діб, ЛС59.1. Получить эмпирические зависимости, позволяющие неразрушающим способом определить временное сопротивление материалов. Установить зависимости, связывающие скорость ультразвука с остаточными внутренними напряжениями в сталях, используемых для изготовления рам тележек локомотивов, эксплуатируемых ОАО «РЖД». Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Выявление закономерностей изменения зависимости скорости ультразвуковых волн Релея от напряжений в различных материалах.
-
Разработка метода оценки прочности материалов ультразвуковым неразрушающим методом.
-
Определение характера изменения скорости ультразвуковых волн в процессе релаксации напряжений в стали 10ХСНД, сплаве Діб и алюминии марки А85. Выявление закономерностей изменения скорости ультразвуковых волн в процессе ползучести алюминия А85.
-
Получение коэффициентов, связывающих изменение напряжения в материалах с изменением в них скорости распространения поверхностных акустических волн на упругопластическом участке деформационной кривой.
Научная новизна.
-
Впервые были проведены исследования изменения скорости распространения ультразвуковых волн одновременно для трех видов механических испытаний: активного нагружения, релаксации и ползучести.
-
На основе экспериментальных данных впервые получены соотношения, позволяющие определять временное сопротивление по изменению скорости ультразвука при деформациях менее 1%.
Практическая значимость.
-
Установлены коэффициенты, связывающие изменение скорости ультразвуковых волн в области упругопластических деформаций с временным сопротивлением (пределом прочности) материала для широкого круга материалов.
-
Разработана методика определения внутренних напряжений в рамах локомотивных тележек, эксплуатируемых ОАО «РЖД», которая позволяет определять места локализации напряжений, превышающих предел, определяемый обобщенным критерием отбраковки.
-
Внедрены приборы и методика определения внутренних напряжений металлических рам тележек железнодорожною подвижного состава в более 50 локомотивных хозяйствах ОАО «РЖД» по программе "Пе-
реоснащения базовых предприятий локомотивного хозяйства до уровня технических регламентов". Положения, выносимые на защиту:
-
Доказательство возможности и оценка надежности определения величины временного сопротивления (предел прочности) сталей фер-рито-перлитного и аустенитного классов и сплавов на основе алюминия, циркония и меди неразрушающим методом по данным об изменениях скорости распространения ультразвуковых волн при малых (до 1%) пластических деформациях.
-
Экспериментальное обоснование ультразвукового метода контроля напряженного состояния объектов подвижного состава железнодорожного транспорта и разработка методики измерения уровня остаточных напряжений с целью повышения их надежности. Основанный на оценке уровня остаточных внутренних напряжений обобщенный критерий отбраковки рам локомотивных тележек, учитывающий различия в содержании Si и Мп в сталях, используемых для их изготовления.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Разрушение и мониторинг свойств металлов», г. Екатеринбург, 2003 г.; V международная конференция «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения», г. С.-Петербург, 2003 г.; II Всероссийская конференция молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», г. Томск, 2003 г; на научных семинарах отдела физики прочности и износостойкости ИФПМ СО РАН.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 73 наименований, содержит 58 рисунков, 5 таблиц. Общий объем диссертации 119 страниц.
