Спосіб вимірювання пластичної деформації металів

Реферат: Спосіб контролю пластичної деформації металів включає деформацію розтягуванням зразка і реєстрацію акустоемісійних сигналів, датчика, що знаходиться у контакті із зразком. Пластичність металу визначають за довжиною прямокутної ділянки діапазону спектру частот акустоемісійних сигналів з однаковою амплітудою. При цьому пластичність металу є тим більшою, чим більше довжина прямокутної ділянки спектру частот з однаковою амплітудою, а при однакових довжинах прямокутних ділянок спектру двох різних зразків більш пластичним є метал, прямокутна ділянка спектру якого починається з меншої частоти. UA 85888 U (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ПЛАСТИЧНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ МЕТАЛІВ UA 85888 U UA 85888 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудівної промисловості, металургії та ливарного виробництва, а саме, до контролю пластичної деформації металів і виробів із них. Відомий спосіб визначення пластичної деформації матеріалу (А. с. СРСР № 1805289, МПК G01N 29/00, опубл. 30.03.93, бюл. 12), який здійснюється шляхом випромінювання у матеріал зондуючих ультразвукових сигналів та подальший аналіз двопоперечних акустичних хвиль, що поляризовані вздовж осей навантаження, та поздовжньої хвилі. При цьому вимірюють час розповсюдження цих хвиль до і після пластичної деформації і розраховують величину пластичної деформації матеріалу. Недоліком цього способу є те, що його реалізація пов'язана із вимірюванням часу розповсюдження трьох акустичних хвиль: двох поляризованих поперечних та однієї поздовжньої. Це призводить до зростання величини похибки при вимірюванні пластичної деформації матеріалів. Відомий також спосіб визначення механічних характеристик матеріалів (Способ определения механических характеристик материалов и устройство для его осуществления. Патент RU № 2145071 МПК G01N 3/42, опубл. 27.01.2000, бюл. № 3), що включає втискування ідентора в досліджуваний матеріал, реєстрацію його переміщення та енергії пластичного деформування матеріалу. Недоліком цього способу є те, що границя текучості і відносне подовження визначаються за складними формулами розрахунку механічних величин, вимірювання яких має невелику точність. Як прототип по суті і технічному результату, що досягається, найбільш близьким до заявленого способу є спосіб контролю пластичної деформації металу (Вахрушева В.С., Коленкова О.А. Влияние термической обработки на формирование структуры, свойства и технологическую пластичность горячепрессованных труб из сплава Zr1Nb // Металознавство та термічна обробка металів: 2008. - № 4. - C. 11-17), що включає випробування на розтягування зразка металу разом з акустоемісійним (АЕ) датчиком, який з'єднаний із дослідним металом. Пластичність металу визначається шляхом аналізу активності та швидкості реєстрації АЕсигналів. У більш пластичному металі при розтягуванні зростають активність та швидкість імпульсів АЕ-сигналів. Однак, у вказаному способі вимірювання активності та швидкості АЕ-імпульсів є не достатньо точним і має похибку ±10 %, а похибка швидкості підрахунку імпульсів знаходиться в межах 9-11 %. Крім цього, у способі не наведено, яка фізична величина є мірою пластичної деформації і, відповідно, не вказані пластичність металу та діапазони проведення випробувань у одиницях активності та швидкості підрахунку АЕ-сигналів. Задачею способу, що заявляється, є підвищення точності контролю пластичності металів при деформації шляхом акустоемісійних вимірювань та аналізу спектрів АЕ-сигналів. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі контролю пластичної деформації металів, що включає деформацію розтягуванням зразка і реєстрацію акустоемісійних сигналів датчика, який знаходиться у контакті із зразком, згідно з корисною моделлю, пластичність металів визначають за довжиною прямокутної ділянки діапазону спектру частот акустоемісійних сигналів з однаковою амплітудою, причому пластичність металу є тим більшою, чим більше довжина прямокутної ділянки, а при однакових довжинах прямокутних ділянок спектру двох різних зразків більш пластичним є такий, прямокутна ділянка спектру якого починається з меншої частоти. Запропонований спосіб здійснюють шляхом деформації розтягуванням досліджуваного зразка металу у формі пластини, на який через прошарок олії И-40 (ГОСТ 20799-88), щільно встановлено АЕ-датчик марки П113 (0,2-0,5)·3 з частотами 0,2-2,0 МГц і діаметром робочої частини 10 мм. У дослідах на одновісне розтягування використовується універсальна випробувальна машина 1231-У 10 (за ГОСТ 28840), V-0,01-500 мм/хв.;зусилля до 10 т. АЕ-датчик підключається до спектроаналізатора СК4-59 (ЕЭ1.406.055 ТУ) через попередній підсилювач акустоемісійного приладу АФ-15 (ТУ 25-2425-0003-86). Спектр сигналу АЕ запам'ятовується на екрані СК4-59 або друкується через комп'ютер (або безпосередньо на самописному вольтметрі). Проводиться аналіз спектру АЕ-сигналів на спектроаналізаторі СК459 або на подібному із такою або кращою точністю у діапазоні частот від 0 до 650 кГц. На фіг. 1 показано спектрограма АЕ-сигналів при розтягуванні зразка. Фіксується початок та кінець частот АЕ-сигналів, у яких величина амплітуди однакова у ділянці діапазону спектру частот акустоемісійних сигналів (фіг. 1). Пластичність дослідного зразка металу є тим більшою, чим більше довжина прямокутної ділянки діапазону спектру L(Δ) від f1 до f2, наявної на спектрограмі акустоемісійних сигналів з однаковою амплітудою. При однакових довжинах прямокутних ділянок діапазонів спектру частот, більшу пластичність має 1 UA 85888 U 5 10 15 20 метал, для якого прямокутна ділянка діапазону починається з меншої частоти f 1. Похибка вимірювань відношення амплітуд сигналів на спектроаналізаторі СК4-59 становить 4-5 %. Відносна похибка вимірювань пластичної деформації запропонованим способом не перевищує 6,8 %. Спосіб вимірювання пластичної деформації металів, що заявляється, має наступні переваги у порівнянні з прототипом. Його реалізація не вимагає вимірювання подовження досліджуваного зразка, яке має меншу точність у порівнянні з вимірюваннями частоти спектрів. Не вимірюється активність та швидкість рахунку АЕ-сигналів. Це дає можливості побудувати практичну шкалу пластичності для конкретного металу. Реалізацію способу, що заявляється, здійснювали на різних сплавах (фіг. 2). Так, розрив зразка із сплаву Сr+0,3 % La відбувся на частоті 605 кГц. Довжина прямокутної ділянки спектра при цьому складає 330-85=245 кГц (фіг. 2, а). Розрив зразка із сплаву ВХ 2К + Re 0,4 % + Zr 0,1 % відбувався на частоті 400 кГц (фіг. 2, б). Довжина прямокутної ділянки спектра L(Δ) складає 219-0=219 кГц. (Хімічний склад сплаву на основі хрому ВХ-2К, мас. %: La-0,3-0,4; Та 0,3-0,5; V-0,3-0,5; Сr - решта). Наведені дані свідчать про те, що сплав Сr+La 0,3 % є більш пластичним, ніж сплав ВХ 2К + Re 0,4 % + Zr 0,1 %, так як довжина прямокутної ділянки у нього L(Δ)=245 кГц (фіг. 2, а) більша, порівняно з ділянкою L(Δ)=219 кГц (фіг. 2, б). Отже, на відміну від прототипу та найближчих аналогів, запропонований спосіб, дає змогу одержати новий технічний результат, виражений у скороченні часу визначення пластичності, підвищенні точності, і не потребує складного обладнання для його здійснення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб контролю пластичної деформації металів, що включає деформацію розтягуванням зразка і реєстрацію акустоемісійних сигналів, датчика, що знаходиться у контакті із зразком, який відрізняється тим, що пластичність металу визначають за довжиною прямокутної ділянки діапазону спектру частот акустоемісійних сигналів з однаковою амплітудою, причому пластичність металу є тим більшою, чим більше довжина прямокутної ділянки спектру частот з однаковою амплітудою, а при однакових довжинах прямокутних ділянок спектру двох різних зразків більш пластичним є метал, прямокутна ділянка спектру якого починається з меншої частоти. 2 UA 85888 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3