Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Вариации скорости волн релея при деформации и оценка механических свойств металлов и сплавов

Диссертация: Вариации скорости волн релея при деформации и оценка механических свойств металлов и сплавов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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… Читать ещё >

Содержание

  • 1. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ
    • 1. 1. Неразрушающие методы исследования материалов
    • 1. 2. Акустоупругость
    • 1. 3. Влияние структурных изменений на скорость распространения ультразвука
    • 1. 4. Определение механических характеристик металлов неразрушающими методами
  • 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Материалы для исследования
    • 2. 2. Лабораторный стенд для механических испытаний материалов с одновременной регистрацией скорости распространения ультразвука
    • 2. 3. Механические испытания
    • 2. 4. Измерение скорости ультразвука методом автоциркуляции импульсов
    • 2. 5. Погрешность измерения скорости распространения ультразвука методом автоциркуляции импульсов
    • 2. 6. Схема измерения частоты на выходе блока автоциркуляции
    • 2. 7. Работа программы измерения Ultrasound Me 3.21 (USM321)
  • 3. СТАДИЙНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ
    • 3. 1. Деформационные кривые исследованных материалов
    • 3. 2. Зависимости скорости распространения ультразвука от деформации
    • 3. 3. Зависимость скорости ультразвука от напряжения
  • 4. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА РЕЛАКСАЦИИ И ПОЛЗУЧЕСТИ НА СКОРОСТЬ УЛЬТРАЗВУКА, СВЯЗЬ СКОРОСТИ С ДИСЛОКАЦИОННОЙ СТРУКТУРОЙ
    • 4. 1. Поведение скорости ультразвука при релаксации напряжений в деформируемом образце
    • 4. 2. Влияние процесса ползучести на изменение скорости ультразвука в алюминии
    • 4. 3. Теоретическое обоснование изменения скорости ультразвука в процессе пластической деформации
  • 5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИБОРОВ, ИЗМЕРЯЮЩИХ СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА
    • 5. 1. Неразрушающий метод определения временного сопротивления
    • 5. 2. Определение напряженного состояния элементов металлических конструкций
    • 5. 3. Оценка ресурса работы металла деталей и конструкций, работающих под нагрузкой

Вариации скорости волн релея при деформации и оценка механических свойств металлов и сплавов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Способность акустических волн «чувствовать» изменения структуры и состояния материалов определило одно из наиболее широких и перспективных направлений в области неразрушающего контроля — ультразвуковой контроль.

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 значений, 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 эмиссией. 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.

Одно из наиболее изученных направлений в области ультразвуковых исследований является исследование изменений структуры материалов в результате пластической деформации, усталостного нагружения и термообработки. Существует множество работ посвященных влиянию термообработки или легирующих примесей на скорость распространения ультразвука, на его затухание и дисперсию. Выполнены теоретические и экспериментальные работы, выявляющие связь скорости ультразвука и затухания с микроструктурой материала (на уровне дислокаций). Активно развивается акустическая микроскопия, позволяющая (в отличие от оптической) «заглядывать» внутрь материала и с высокой точностью выявлять места нарушения структуры.

Незначительное количество работ выполнено в области исследования изменения скорости распространения ультразвуковых волн в процессе пластической деформации материалов. Отсутствуют работы по выявлению характера поведения скорости ультразвука в процессе релаксации напряжений или ползучести материалов. В связи с этим актуальными являются исследования закономерностей изменения скорости ультразвуковых волн в ходе всех вышеуказанных механических испытаний. Работа дает основу для разработки методов, предопределяющих некоторые механические свойства материала (предел текучести, временное сопротивление) и эволюцию его состояния в процессе эксплуатации или механических испытаний.

Целью работы является проведение исследований изменения скорости распространения ультразвуковых поверхностных волн в процессе механических испытаний сталей феррито-перлитного и аустенитного классов, титана ВТ 1−0, поликристаллического кобальта, алюминия А85, сплавов Д16, JIC59.1. Получение эмпирических зависимостей, позволяющих определить временное сопротивление материалов и остаточные внутренние напряжения в сталях неразрушающим способом.

Цель была достигнута благодаря специально созданному испытательному стенду, позволяющему в режиме реального времени с деформацией получать данные об изменении скорости ультразвука. Задача определения коэффициентов, связывающих внутренние напряжения с изменением скорости ультразвуковых волн, решалась с применением современного прибора ASTR.

Научная новизна результатов.

1. Впервые были проведены исследования изменения скорости распространения ультразвуковых волн одновременно для трех видов механических испытаний: активного нагружения, релаксации и ползучести.

2. На основе экспериментальных данных, впервые получены соотношения, позволяющие определять временное сопротивление по изменению скорости ультразвука при деформациях менее 1%.

Практическая ценность работы.

1. Установлены коэффициенты, связывающие изменение скорости ультразвуковых волн в области упругопластических деформаций с временным сопротивлением (пределом прочности) материала для широкого круга материалов.

2. Разработана методика определения внутренних напряжений в рамах локомотивных тележек, эксплуатируемых ОАО «РЖД», позволяющая определять места локализации напряжений, превышающих предел, определяемый обобщенным критерием отбраковки.

3. Внедрены приборы и методика определения внутренних напряжений металлических рам тележек железнодорожного подвижного состава в более 50 локомотивных хозяйств РФ по программе «Переоснащения базовых предприятий локомотивного хозяйства до уровня технических регламентов» .

Содержание работы распределяется по главам в следующем порядке: первая глава отражает современное состояние науки и техники в области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн. Вторая глава содержит данные о материалах и методах исследований. В главах с третьей по пятую раскрывается основное содержание работы по исследованию изменения скорости распространения ультразвуковых волн в процессе механических испытаний. В приложениях приведены методика определения напряженного состояния металла тележек локомотивов и копии документов, свидетельствующих об аттестации прибора ASTR, как средства измерения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Доказательство возможности и оценка надежности определения величины временного сопротивления (предел прочности) сталей феррито-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.

2. 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 гна научных семинарах отдела физики прочности и износостойкости ИФПМ СО РАН.

Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО.

РАН.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе экспериментально установленных зависимостей скорости распространения ультразвуковых волн от напряжения на упругопластическом участке в сталях феррито-перлитного и аустенитного классов и сплавах на основе алюминия, циркония и меди получены соотношения, позволяющие определять временное сопротивление по изменению скорости ультразвука при деформациях менее 1%.

2. Разработана методика определения внутренних напряжений в рамах локомотивных тележек, эксплуатируемых ОАО «РЖД», позволяющая определять места локализации напряжений, превышающих предел, определяемый обобщенным критерием отбраковки. Методика аттестована Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (ГОССТАНДАРТ РФ) — аналог ГОСТ РФ и утверждена проектно-конструкторским бюро локомотивного хозяйства ОАО «РЖД».

3. Установлен закон роста скорости распространения ультразвука со временем в процессе релаксации напряжений в алюминии марки А85, сплаве Д16 и стали 1 ОХСНД на параболической стадии деформационного упрочнения.

4. Выявлены закономерности изменения скорости распространение ультразвука при ползучести алюминия. Показано, что при логарифмической ползучести скорость распространения ультразвука возрастает, а при установившейся — остается постоянной или падает.

5. Предложена интерпретация установленных экспериментальных зависимостей скорости ультразвука от деформации, основанная на теории дислокационного внутреннего трения Гранато и Люкке.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Л.М., Морозов В. М., Малышев В. И., Цымбалист В. А. Неразрушаю-щие методы контроля // под ред. Ананьева Л. М. Томск-4.: ТПИ. Ротапринт, 1986.-378 с.
  2. И.Н., Останин Ю. Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества // Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1988.-368 с.
  3. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976. — 326 с.
  4. И., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов. -Справ, изд., Пер. с нем. -М.: Металургия, 1991. 752с.
  5. Ю.М. Бесконтактные методы ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1974.
  6. Г. А., Гуревич С. Ю. Современное состояние бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля // Дефектоскопия, 1981. — № 5. с. 5−33.
  7. А. М., Gilbert J. A. Extracting Rayleigh Waves from Noise Using a Differential Optical Interferometer // Nondestructive Evaluation, 1998. N 10. — p. 171— 184
  8. Lanza di Scalea F., Bonomo M., Tuzzeo D. Ultrasonic Guided Wave Inspection of Bonded Lap Joints: Noncontact Method and Photoelastic Visualization // Nondestructive Evaluation, 2001. -N 13. p. 153−171
  9. Tsung-Tsong Wu Elastic Wave Propagation and Nondestructive Evaluation of Materials // Proc. Natl. Sci. Counc. ROC (A), 1999. Vol. 23. -N 6. — p. 703−715
  10. Ю.Муравьев B.B., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. — Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. — 184 с.
  11. П.Ермолов И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля. — М.: Машиностроение, 1981.-240 с.
  12. А. А., Ульянов В. JL, Шарко А. В. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1981. — 80 с.
  13. А.Н. и др. Акустико-эмиссионная диагностика конструкций. М.: Радио и Связь, 2000. — 280 с.
  14. В.М. и др. Акустическая эмиссия при трении. М.: Энергоатомиздат, 1998.-256 с.
  15. В.М., Подлевских М. Н., Струченко А. Н. Применение метода акустической эмиссии для диагностики энергетического оборудования // Материалы научно-практической конференции «Развитие государственной службы и электроэнергетика России». — Москва, 1998 г.
  16. Delsanto P. P., Olivero D., Perego G., Scalerandi M. Acoustoelastic Effects in Elastic Media with Nonuniform Initial Stress // Nondestructive Evaluation, 2000. N 12. -p. 105−118.
  17. Clark A. V., Hehman C. S., Nguyen T. N. Ultrasonic Measurement of Stress Using a Rotating EMAT // Nondestructive Evaluation, 2000. N 12. — p. 217−239.
  18. А.Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями В 2 т. Киев: Наук, думка, 1986.-Т. 1.-376 е.- Т. 2.-536 с.
  19. Tokuoka Т., Iwashimizu Yu., Acoustical birefringence of ultrasonic waves in deformed isotropic elastic materials // Int. J. Solids Structures, 1968 4. — p. 383 389.
  20. О.И., Махорт Ф. Г. Акустический способ определения двухосных остаточных напряжений // Прикладная механика. — 1976. № 10.-е. 32−36.
  21. О.И., Лебедев В. К. Влияние напряжений на скорости распространения ультразвука в металлах. Прикладная механика, 1968. — № 2. — с. 89−92
  22. А.Н., Махорт Ф. Г., Гуща О. И. Введение в акустоупругость. — Киев: Нау-кова думка, 1977.-151 с.
  23. В.В., Зуев Л. Б., Ермолаева З. И. Влияние внутренних напряжений на скорость ультразвука в сталях // Актуальные проблемы прочности, Новгор. гос. ун-т. Новгород, 1994. — ч. 1. — с. 39.
  24. В.В., Ермолаева З. И., Васильев А. Г. О разделении влияния напряжений I и II рода на скорость ультразвука в сталях // Проблемы безопасности труда, экологии чрезвычайных ситуаций на ж.-д. Транспорте — СГАПС. Новосибирск, 1995.-с. 141.
  25. Г. И. Изменение упругих напряжений в мелкокристаллическом агрегате методом Дебая Шеррера // Журнал прикладной физики, 1979. — Т. 6. — с. 315.
  26. Г. Н., Попов A. JL, Козинцев В. М., Пономарев И. И. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах. М.: Наука-Физмат, 1996. — 239 с.
  27. Г. Н., Попов А. Л., Козинцев В. М. Полезные и опасные остаточные напряжения // Природа, 2002. № 10.
  28. С.А., Копица Н. Н. Дефектономия, как новый подход к снижению техногенной опасности объектов транспорта // Доклады семинара «Акустико-эмиссионный метод диагностики на железнодорожном транспорте». — СПб., 2003.
  29. В.А. Стареющие сплавы на алюминиевой основе // Старение сплавов. М.: Металлургия, 1962.
  30. Л.Л. Акустические свойства легких сплавов. М.: Наука, 1974. — 140 с.
  31. Л.Л. Влияние легирования на скорость распространения ультразвуковых волн в алюминиевых сплавах // ФММ. Т. 28 — № 3. — с. 571−574.
  32. В.В. Ультразвуковой контроль содержания остаточного аустенита в стали Х12Ф1 // Дефектоскопия. 1980. -№ 12. — с. 94−95.
  33. А.А., Левитан Л. Я., Шарко А. В. Оценка влияния химического состава на результаты измерений механических свойств стали 40Х акустическими методами // Дефектоскопия, 1979. № 2. — с. 81−84.
  34. А.И., Березюк М. А., Семигузов Д. А. Влияние термообработки на акустические характеристики материалов // Доклады международной конференции «Разрушение и мониторинг свойств металлов». — Екатеринбург, 2003.
  35. Л.Б., Семухин Б. С., Бушмелева К. И. Акустическая диагностика in situ пластической деформации и разрушения металлов и сплавов // Сборник трудов IV научного семинара СНГ «Акустика неоднородных сред.». Новосибирск, 1997 г. — выпуск 112. — С.160−165.
  36. .С., Бушмелева К. И., Зуев Л. Б. Скорость распространения ультразвука и явление текучести в стали 09Г2С // Металлофизика и новейшие технологии, 1998. Т. 20. N5. — С. 68 — 71.
  37. В.И., Ромашов В. П. Влияние дислокаций на дисперсию и затухание ультразвука в твердом теле // Письма в ЖТФ. 2002. -Т.32, вып.6. — С.6—11
  38. В.И., Ромашов В. П. Влияние циклического нагружения и деформации материала на характеристики распространения в нем продольной акустической волны // Дефектоскопия. 2004. — № 1. — С. 59−64
  39. Ю.С. Деформация кристаллов при испытаниях на микротвердость. — Кишинев: Штиинци, 1972. — 236 с.
  40. Э.С., Сомова В. М., Ничипурук А. П. Магнитные свойства и методы контроля структуры и прочностных характеристик чугунных изделий (обзор) // Дефектоскопия, 1994. -N 7.
  41. В.Е., Горкунов Э. С. Магнитный контроль качества металлов. — Екатеринбург, УрО РАН, 1996. 263 с.
  42. М.Б. и др. Магнитные методы и средства контроля структуры и фазового состояния конструкционных сталей // Доклады международной конференции «Разрушение и мониторинг свойств металлов». Екатеринбург, 2003.
  43. .А., Московенко И. Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. JL: Машиностроение, 1977., 208 с.
  44. В. В., Бояркин Е. В., Зизевская А. В. Контроль качества рельсов по скорости ультразвуковых волн // Доклады международной конференции «Разрушение и мониторинг свойств металлов». Екатеринбург, 2003.
  45. И.М., Егорова Н. М., Куликова О. А., Зуев Л. Б. Об ультразвуковом контроле неоднородности механических свойств горячекатаной стали // Журнал технической физики, 2001. Т. 71. — вып. 3.
  46. Velev G. St. and Latkovski V. V. A method of ultrasonic study of materials // Техническая акустика, 2003. № 11.
  47. A.E., Родин Б. И. Материаловедение. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. — М.: «Высшая школа», 1971. — 416 с.
  48. Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1976. 408 с.
  49. К. Дж. Металлы: Справ, изд. Пер. с англ., 1980. 447 с.
  50. С.Г., Альтман М. Б., Амбацумян С. М. и др. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ, изд. М.: Металлургия, 1984. — 528 с.
  51. H.A. Механические испытания металлов. Ленинград: МАШ-ГИЗ, 1954.-443 с.
  52. А.П., Галкин В. И., Прохоренко В. А. Аналоговые интегральные схемы. -Минск: Беларусь, 1994 г.
  53. С.В. и др. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Справочное пособие, 2-е изд. перераб. и доп. М.: Радио и Связь, 1985. — 432 с.
  54. П.А., Недзвецкая О. В., Шишкина С. И., Полянкин Г. А. К возможности стабилизации акустического контакта при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия, 2000 г. -№ 12. с. 61−68.
  55. К.П., Боев О. В., Имас О. Н., Лидер A.M., Сурков А. С., Чернов И. П. Аннигиляция позитронов в насыщенном водородом титане // ФТТ, 2003. — Т. 45. вып. 1.-С. 3−7.
  56. Л. Б., Семухин Б. С., Бушмелева К. И. Зависимость скорости ультразвука от действующего напряжения при пластическом течении поликристалла // ЖТФ, 1999.-т. 69.-вып. 12.-е. 100−101.
  57. Л.Б., Семухин Б. С., Лунев А. Г. О возможности оценки прочности металлов и сплавов неразрушающим ультразвуковым методом // Прикладная механика и техническая физика, 2002. 43. — № 1. — С. 202−204.
  58. В.И., Ландау А. И., Пустовалов В. В. Современные проблемы низкотемпературной пластичности материалов. Киев: Наукова думка, 1987. — 164 с.
  59. В.В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. и др. Оценка накопления дефектов при усталости акустическим методом // Проблемы машиностроения и надежности машин, 1994. № 4.-с. 103−107.
  60. B.C. Основы легирования стали. М.: «Металлургия», 1964. 684 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!