Акустическая эмиссия. Причины возникновения и характер АЭ. Информативность параметров АЭ-сигналов, страница 9

Замечено, что во многих материалах наблюдаемая АЭ постепенно ослабевает после снятия нагрузки. Эта "разгрузочная", или релаксационная эмиссия обычно более чем на порядок слабее, чем при нагрузке, наблюдается в случае деформирования, если материал проявляет себя как упругий. Время релаксации различно для разных материалов и составляет при высоких напряжениях от 2 мин для низко- и среднелегированных сталей, до десятков минут для некоторых магниевых сплавов. Показано, I что число импульсов АЭ после снятия нагрузки в отожженных образцах ряда металлов коррелирует со скоростью деформации Баушингера. Это явление связывают с освобождением дислокационных скоплений (образовавшихся и закрепленных при начальном деформировании), вызванным снятием нагрузки.

Релаксационная эмиссия воспроизводима: повторение циклов нагружения и разгрузки в области упругой деформации приводит к одной и той же АЭ. Релаксационную эмиссию можно использовать для регистрации структурной нестабильности материала и оценки остаточных напряжений.

АЭ в процессе нагружения материалов позволяет обнаружить раннии стадии трещинообразования, предшествующие хрупкому разрушению конструкций. Поэтому значительные усилия исследователей направлены на установление количественных и качественных связей между параметрами АЭ характером развития микротрещин в образцах материалов и элементов конструкций.

На основании экспериментальных результатов предложены разные зависимости, характеризующие связь параметров АЭ и характеристик трещин динамикой их роста. Однако подавляющая часть этих зависимостей лишь в той или иной степени описывает частные результаты. Наиболее универсальна, по видимому, связь между общим числом импульсов АЭ и коэффициент концентрации напряжений K, определяемая формулой

N=N₀K^m

где N₀ - константа, зависящая от материала и чувствительности регистрирующей аппаратуры.

Показатель степени m по теоретическим оценкам должен равняться четырем, однако наилучшее соответствие формулы (4.1) экспериментальным данным наблюдается при m=4...12. Для идентичных условий экспериментов статистический разброс их результатов относительно, зависимости (4.2), константы в которой определяются по данным большого числа экспериментов, невелик. Однако установлено, что показатель степени т зависит от приложенного напряжения. В частности, нами показано, что т зависит от безразмерного комплекса К²_׀c/Eη, в котором через К_׀c обозначена вязкость разрушения: Е - модуль Юнга; η - поверхностная энергия материала. За длину трещины при расчете коэффициента концентрации напряжений следует принимать величину l=l₀+r_у, где l₀ - длина исходной трещины (надреза), а r_у - радиус пластической зоны, вычисляемый по формуле

r=К²/2πσ²_0,2

где σ - предел пропорциональности.

Считают, что основная доля АЭ-сигналов при деформировании материалов с трещиной возникает в пластической зоне у вершины трещины, и их количество пропорционально объему этой зоны. Наиболее вероятно возникновение сигналов на границе между областями упругой и пластической деформаций.

Установлено, что амплитуда АЭ-сигналов при деформировании надрезанных образцов из нержавеющих и малоуглеродистых сталей на два порядка меньше, чем из углеродистых, что затрудняет применение АЭ-метода для трубопроводов, резервуаров, сосудов и оборудования, изготовленных из таких сталей.