Способ оценки качества образцов литьевого сплава

Способ оценки качества образцов литьевого сплава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к испытаниям материалов методом акустической эмиссии, Цель изобретения - повышение точности при оценке за счет возможности определения механической дефектности сплава. Способ оценки качества образцов литьевого сплава заключается в том, что используют эталонный и испытуемый образцы, нагружают их до разрушения и одновременно регистрируют сигналы акустической эмиссии. Кроме того, фиксируют величины нагрузок - максимальной при разрушении и в момент появления сигналов акустической эмиссии, в качестве параметра, по которому судят о качестве сплава, выбирают разность отношений этих сигналов для испытуемого и эталонного образцов, а о дефектности судят из условия превышения отношения величин нагрузок для испытуемого образца под отношением величин нагрузок образца на 16- 20%. 1 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 И 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4944495/28 (22) 10.06.91 (46) 23.02.93. Бюл. hh 7 (71) Физико-механический институт AH

УССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института AH УССР (72) В.P.Ñêàëüñêèé, В.И.Володин, В.А.Зазуляк, С,С,Ушков и В.К.Старостин (56) Авторское свидетельство СССР

¹t 1320745, кл. G 01 N 3/20. 1987. (54) СПОСОБ КАЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

ОБРАЗЦОВ ЛИТЬЕВОГО СПЛАВА (57) Изобретение относится к испытаниям материалов методом акустической эмиссии, Цель изобретения — повышение точности при оценке за счет возможности определеИзобретение относится к методам неразрушающего контроля по сигналам акустической эмиссии и может быть использовано при контроле качества изделий из литьевых сплавов, Известен способ контроля качества изделия из керамических материалов, заключающийся в том, что изделие нагружают с постоянной скоростью, регистрируют сигналы акустической эмиссии (АЭ) и, после определения величины меры хрупкости на дополнительных образцах, о качестве иэделия судят по знаку изменения угла наклона зависимости суммарного счета импульсов акустической эмиссии от величины нагрузки в логарифмических координатах с учетом меры хрупкости материала изделия. ния механической дефектности сплава. Способ оценки качества образцов литьевого сплава заключается в том, что используют эталонный и испытуемый образцы, нагружают их до разрушения и одновременно регистрируют сигналы акустической эмиссии.

Кроме того, фиксируют величины нагрузок— максимальной при разрушении и в момент появления сигналов акустической эмиссии, в качестве параметра, по которому судят о качестве сплава, выбирают разнссть отношений этих сигналов для испытуемого и эталонного образцов, а о дефектности судят из условия превышения отношения величин нагрузок для испытуемого образца под отношением величин нагрузок образца на 1620 . 1 табл.

Недостатком способа является узкий диапазон применения — хрупкие материалы и большая трудоемкость, состоящая в определении меры хрупкости материала.

Известен также способ определения концентрации примесей в высокочистых металлах (прототип), заключающийся в сравнении уровня максимальной мощности сигналов акустической эмиссии от концентрации примесей в эталонном образце со значением максимальной мощности акустической эмиссии испытываемого образца при нагружении их после отжига и закалки.

Недостатком способа является наличие термической обработки образцов металлов перед испытаниями и .применимость его только к высокочистым металлам с примесями, 1796964

30

45 определение которой вносит дополнитель- с ные технологические приемы в процессе из- и

Цель изобретения — повышение точности при оценке за счет возможности определения механической дефектности сплава.

Поставленная цель достигается тем, что к образцу материала литьевого сплава при- 5 кладывается нагрузка вплоть до его разрушения, регистрируя во время разрушения сигналы акустической эмиссии и усилие нагружения, определяют отношение максимальной нагрузки к нагрузке в момент "0 появления сигналов АЭ и, сравнивая его c таким же отношением для образца беэ дефектов, определяют степень дефектности, что позволяет применять способ для образцов с трещинами и беэ них, а также для материалов с хрупкими включениями, пустотами и т.п. При этом образцы считают дефектными, если первое отношение больше второго на 16-20 g,, Эта величина различия отношений установлена путем экспериментальных исследований, которые показали, что наличие различного рода дефектов в образце.литьевых сплавов, определенных рентгенографическим и ультразвуковым контролем, приводит к более раннему "звучанию" образца в процессе нагружения, т,е, дефекты становятся локальными концентраторами высоких механических напряжений, что вызывает их ранний рост, а значит и излучение АЭ. Отношение величины нагрузки разрушения к величине нагрузки в момент появления сигналов АЭ в дефектных образцах и в образцах без них показывает тенденцию роста его. Таким образом было установлено, З5 что укаэанное соотношение дефектных образцов больше аналогичного соотношения для бездефектных образцов на 16-207 и больше, М

При определейии различных механических характеристик материалов очень важно знать степень дефектности образцов, т.к. она существенно влияет на величину указанных характеристик. Дефекты в литьевых сплавах имеют различную природу: хрупкие включения, примеси, поры и пустоты, Поэтому их величина и ориентация, количество и тип приводят к различным дефектам, Так, например, в одном и том же типоразмере образца, в зависимости от вышеизложен- 50 ных факторов, может фиксироваться АЭ в процессе нагружения с различной интенсивностью и в разные моменты нагружения, что обусловлено ростом дефектов или раэрушением хрупких включений. 55

В способе аналога для определения качества керамических материалов используют значения меры хрупкости материала, мерения; определение напряжений и деформаций. Кроме того, применение способа пригодно только для хрупких керамических материалов. 8 то же время дефекты типа пор и пустот, включений и т.п, характерны и для пластических материалов. Они ведут себя в материалах как концентраторы напряжения адекватные внутренним трещинам.

Поэтому для металлических материалов способ должен иметь более широкий диапазон применимости в силу вышеизложенного, Наиболее близким является способ определения качества металлических материалов, приведенный в прототипе. Однако, он ограничен только контролем концентрации примесей в высокочистых металлах и применением термической обработки, что не всегда приемлемо, ибо приводит к изменению механических характеристик металла (в частности, величины o ) и структуры его.

В предлагаемом способе оценки степени дефектности образцов ключевым является определение момента начала регистрации сигналов АЭ, которые сопровождают начало развития процесса роста дефектов. При этом фиксируется величина усилия нагрузки. В аналоге и прототипе фиксируются суммарный счет и мощность сигналов АЭ, т.е. необходимо иметь их количественные характеристики для проведения нужных вычислений, 8 предлагаемом способе достаточно фиксировать лишь качественное изменение акустограммы, что соответствует критерию "существенные отличия".

В способах аналога и прототипа исполь зуется полная запись акустической эмиссии от начала нагружения до полного разрушения образцов. В предлагаемом заявителями способе достаточно зафиксировать усилие нагрузки,при котором появляются сигналы

АЭ и дальнейшая их регистрация прекращается, т.е. метод АЭ контроля является временным индикатором момента начала роста дефектов.

На фиг. 1 йокаэана блок-схема измерения; на фиг. 2 — характерные акустограммы для испытуемых образцов с дефектами и образцов бездефектных.

Способ осуществляется следующим образом. Испытуемые. образцы материалов литьевых сплавов I подвергают нагружению с помощью нагружающих устройств 2, регистрируют при помощи датчиков силы 3 и сигналов А3 4 величину усилия нагрузки и сигналы АЭ. Отмечают на диаграмме момент появления сигналов АЭ, которые регитрируют с помощью предусилителя 5, рибора обработки сигналов А3 6 и регист1796964

35 образцов материалов путем сравнения веэтого во время проведения испытаний иск40. лючается необходймость количественного

Способ оценки качества образцов лить- евого сплава, по которому используют этарирующего устройства 7. После этого прекращают регистрацию АЭ, а величину нагрузки фиксируют вплоть до момента разрушения образца.

После этого производят те же измерения на образце без дефектов (на эталонном образце). Определяют отношение п1 — максимального усилия нагрузки при разрушениях образца Рмакс и величины нагрузки

Рдэ в момент начала регистрации сигналов

АЭ, сравнивают его с таким же отношением

nz, определенным на бездефектном образце, Если отношение п1 > п2 на 16-20% и более, образцы считаются дефектными.

В случае испытаний образцов с трещинами по максимальной нагрузке; геометрии образца и с учетом длины трещины опредеКс ляются соотношения n - — на образчлэ цах дефектных — п1 и эталонных п2, где Кс— коэффициент интенсивности напряжений в момент разрушения образца, и К дэ — коэффициент интенсивности напряжений е момент появления сигналов АЭ на акустограмме.

Если испытания проводят на образцах без трещин и с различной геометрией нетто.сечения {при одинаковых расстояниях размещения опор или захватов), то вместо

PìaKñ и Рдэ соответственно рассчитываются гг макс и o. дэ и берутся их соотношения, (о

MaKc — максимальное напряжение в рабочем сечении при разрушении образца, о дэ— напряжение в рабочем сечении образца в момент появления сигналов АЭ), Пример, Исследования проводили на образцах литьевых титановых сплавов типа

ТЛ-З..

Использовали. силовые схемы нагруже- ния пластин сечением 10 х60 мм с одной боковой трещиной {фиг. 2а) и с двумя боковыми трещинами (фиг. 2б) на растяжение и для балочных образцов сечением 40х 80 мм и 80 х160 мм (фиг . 2в) нагружение осущест-. вляли по схеме трехточечного изгиба. ИспыФормула изобретения лонный и испытуемый образцы, нагружают их до разрушения, в процессе йагружения регистрируют сигналы акустической эмиссйи и определяют параметр, по которому судят о качестве сплава..от л и ча ю шийся тем, что, с целью повышения точности при оценке за счет возможности определения механической дефектности сплава, фикситания проводили на машинах УРС-50/50 (растяжение) и ЦДМПу-200 (трехточечный изгиб), Сигналы АЭ регистрировали с помощью узкополосного датчика, имеющего

5 полосу пропускания 180-260 кГц, предварительного усилителя с коэффициентом усиления 34 дБ и прибора АЭ АВН-3.

Коэффициент усиления прибора АВН-3 был равен 40 дБ, порог чувствительности 0,4 В и полоса пропускания 120-350 кГц. Геометрия установки датчика на образцах одного типоразмера была неизменной.

Результаты испытаний приведены в таблиц е.

Приведенный пример выполнения способа показывает, что для испытуемых образцов на растяжение разность соотношений усилий нагрузки (а значит и коэффициентов концентрации напряжейий соответствующих им) в момент разрушения PMawc или Кс и в момент появления сигналов АЭ Рдэ или

К дэ для дефектного и бездефектного образца составляет: для пластин с одной боковой трещиной (надрезом) — 28%; с двумя боковыми трещинами (надрезом) — 16%. Аналогичное наблюдение и для призматических образцов, испытуемых на трехточечный изгиб. Там, в зависимости от сечения образца, наблюдаем диапазон отличия отношений—

16-69%, Таким образом наглядно проиллюстрирована эффективность способа.

Положительный эффект заявляемого способа заключается в возможности применения его для оценки степени дефектности личин п1 и щ, а также в возможности применения способа для качественной оценки дефектности различных материалов. Кроме измерения и фиксации параметрое сигналов АЭ {амплитуда, суммарный счет АЭ, скорость счета и т.n,) за время цикла разрушения образцов, что влечет за собой повышение технологичности испытаний руют величины нагрузок — максимальной при разрушении и в момент появления сигналое акустической эмиссии, е качестве параметра; по которому судят о качестве сплава, выбирают разность отношений этих сигналов для испытуемого и эталонного образцов, а о дефектности судят из условия превышения отношения величин нагрузок для испытуемого образца над отношением величин нагрузок для эталонного образца на 16-20%.

1796964

Результаты испытания образцов с трещинами из литьевого титанового сплава

ТЛ-3

n>/пр 100

% образца

Тип дефектов

73,4 (59.6) 273,0 (176,6) 29

128 $

Дефектные

Сплошная мелкая пористость

2,33

233178,58 ) 100 (32,9 ) 2,14

Пористость и полости с . включениями

126,6(106,9

58,9 (50,1 ) 169 $

Пористость и полосы с включениями

118,4 (39,3 ) 3,75

44,5(147,5 ) 250(122,6 ) 2,27

110 (54) Бездефектные

Нет

269 (98,01) 134 (348,4 ) То же

2,0

Схема нагружения и количество надрезов(трещин ) Растяжение

Одна боковая трещина, сечение

10х60 мм

Растяжение

Две боковые трещины, сечение

10х60 мм

Трехточечный из гиб.

Сечение образца 40х60 мм Одна трещина

ТрехтОчечный изгиб.

Сечение образца

80х160 мм

Одна трещина

Растяжение, Одна боковая трещина, сечение

10х60 мм

Растяжение

Две боковые трещиныы,(.еченуе

10х60 мм

Величина усилия разрушения Р макс ..p кН,и соответствующее значение, МПа1м

Величина

Рдэ усилия при появлении- АЗ и соответст.вущая ей величина

К1АЗ, МПа

1 .м

Отношение

Кс/Кчэ для деф. п1 без. деф, пг обр.

Мелкие дефекты вобласти рабочего сечения

1796964

Продолжение таблицы

Составитель В.Скальский

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С,Шекмар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 646 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5