Анализ эволюции дефектной структуры поликристаллических материалов на различных стадиях нагружения методом акустической эмиссии (Постановка задачи, материал и методика исследований)

В работе поставлены следующие задачи:

-  разработать критерии идентификации источников сигналов АЭ, выявить наиболее информативные параметры АЭ и на их основе установить закономерности развития пластической деформации и разрушения металлических материалов с кристаллическими решетками ОЦК, ГЦК и ГПУ на различных стадиях;

-  разработать методику, алгоритм и программное обеспечение для регистрации, обработки, анализа и идентификации сигналов АЭ и методику комбинированного применения акустико-эмиссионного, оптико-телевизионного и тензометрического методов для исследования структурного состояния и эволюции накопления повреждений образцов конструкционных материалов и изделий из них;

-  установить связь между стадиями деформации и разрушения при статическом растяжении и циклическом изгибе образцов конструкционных материалов, выявленными на основании данных тензометрии, оптических изображений деформируемой поверхности, металлографии и АЭ, структурным состоянием и механическими свойствами материалов;

-  выявить особенности влияния покрытий и концентраторов напряжений в виде надрезов на регистрируемые параметры АЭ при одноосном статическом растяжении конструкционных материалов;

-  с применением метода АЭ выявить влияние обработки поверхности на особенности накопления повреждений и развития усталостных трещин при знакопеременном циклическом изгибе образцов конструкционных материалов и разработать критерии прогнозирования долговечности;

-  провести исследование образцов конструкционных материалов в состоянии поставки, с термической, химикотермической, поверхностной электроэрозионной обработкой, выявить закономерности и стадии деформации и разрушения в условиях приложения статических и циклических нагрузок с комплексным применением АЭ и оптико-телевизионного методов.

Образцы для исследования конструкционных материалов в условиях статического растяжения изготавливались из листовых конструкционных материалов толщиной 2 мм по чертежу, приведенному на рис. 2.2.1. В результате изготовления размер рабочей части образцов составлял 40´2´2 мм.

Гладкие образцы

Для исследования материалов с различными типами кристаллической решетки (ОЦК, ГЦК, ГПУ) выбраны конструкционные сплавы, широко используемые в машиностроении.

В качестве объектов исследования материалов с ОЦК кристаллической решеткой были использованы: качественные стали с низким и средним содержанием углерода (сталь 20, сталь 45), легированная сталь 12Х18Н10Т. Для отработки методики исследований также использовалось армко-железо, сталь обыкновенного качества ст3сп. Стали подвергались испытанию в состоянии поставки. Состояние и механические свойства сталей приведены в табл. 2.2.1, 2.2.2 [222, 223].

Таблица 2.2.1 Механические свойства качественной стали [222]

Таблица 2.2.2 Механические свойства качественной стали [223]

Материалы с ГЦК кристаллической решеткой были представлены широко используемыми в машиностроении алюминиевыми сплавами: дисперсионно упрочняемый сплав Д16АТ в состоянии закалки (температура нагрева под закалку 495 °С) и последующего естественного старения при температуре окружающей среды 20-25 °С, отожженные листы сплава Д16АТ (температура отжига 440 °С), отожженный мягкий сплав АМг6АМ в состоянии отжига (температура отжига 400 °С) [224]. Механические свойства согласно ГОСТ 21631-76  для листов сплавов Д16АТ, Д16АМ и АМг6АМ приведены в табл. 2.2.3.

Таблица 2.2.3 Механические свойства листов из алюминиевых сплавов [225]