Акустическая эмиссия. Изучение акустического излучения металлами при механической деформации, страница 2

1.2  Физическая природа и модели источников АЭ

Акустическая эмиссия материала сопровождает широкий спектр физико-механических процессов, происходящих в материалах. К ним относятся:

§  пластическая деформация матрицы;

§  фазовые превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные;

§  образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твёрдых растворов;

§  магнитомеханические эффекты, вызываемые внешним сдвигом границ магнитных доменов при изменении величины внешнего магнитного поля;

§  процессы кристаллизации и плавления металлических материалов;

§  разрушения, в том числе коррозионное растрескивание под напряжением и водородное охрупчивание.

Однако наибольшее количество исследований было проведено в области механических испытаний, что связано с практическими целями обеспечения эксплуатационной надёжности изделий и необходимостью разработки методов диагностики несущей способности по результатам исследования их состояния на ранних стадиях развития дефектов. В соответствии с этим большинство работ по изучению физической природы источников акустической эмиссии материалов посвящено исследованиям деформации и разрушения материалов различного класса.

В соответствии с современными представлениями механики деформируемого тела процессы пластического течения материала, процессы упрочнения и образования микронесплошностей успешно основываются с позиций теории дислокаций. Подобный механизм является основой или сопутствует практически всем физико-механическим процессам, перечисленным выше. В соответствии с этим естественным является тот факт, что наибольшее признание среди исследователей получил дислокационный механизм акустической эмиссии материала на всех стадиях деформирования и разрушения материала.

Анализируя представленные в литературе возможные дислокационные механизмы АЭ излучения, необходимо различать три варианта.

Первый вариант соответствует перемещению дислокаций по линии скольжения. В этом случае дислокации движутся под действием увеличивающейся силы с возможностью выхода их на поверхность материала или границу зерна, вероятностью торможения на препятствиях, или аннигиляции. Эти процессы характерны для стадии пластического течения материала в понятиях макромеханики. При реализации первого варианта формирование сигнала АЭ определяется двумя составляющими. Передний фронт формируется нарастанием скорости протекания процесса с последующим внезапным прекращением его действия.

Так, например, при сближении двух групп дислокаций на границе зерна происходит их аннигиляция. Начальная стадия процесса развивается относительно медленно, а затем происходит его ускорение с окончанием в момент, когда аннигилирует последняя дислокация в скоплении. При ускоренном движении дислокаций к границе раздела происходит быстрая релаксация упругого поля неоднородности, что приводит к излучению упругого импульса. Форма переднего фронта импульса АЭ может быть представлена в виде:

                              ,                               (1.1)

где      - плотность материала;

 - скорость поперечной волны в материале;

 – координаты расположения источника относительно приемника;

 - постоянная решетки материала;

 - относительная скорость дислокаций в момент аннигиляции.

Задний фронт импульса определяется внезапным прекращением действия источника излучения. Возникает так называемый акселерационный тип сигнала АЭ.

Второй вариант соответствует процессам прорыва движущейся дислокацией препятствий в виде дислокационных скоплений, неоднородностей различного типа, границ зерен. В этом случае формирование сигнала АЭ также имеет две составляющие. Передний фронт сигнала (1.1) формируется за счёт внезапного разрыва связей и быстрой разгрузкой материала в окрестности неоднородности. Задний фронт сигнала формируется за счёт релаксации напряжений сразу же после разрыва связей.

Форма импульса АЭ в соответствии с работой описывается выражением

                                   ,                                 

где      – максимальные напряжения в момент разрыва связей;