Рентгенівський спосіб визначення ступеня пошкодження матеріалу металевої деталі

Реферат: Рентгенівський спосіб визначення ступеня втомного пошкодження матеріалу металевої деталі включає виготовлення серії однакових зразків з матеріалу, тотожного матеріалу досліджуваної деталі. Кожний зразок серії навантажують до створення у ньому механічного напруження певного значення. Опромінюють досліджувану деталь і зразки рентгенівським промінням однакових параметрів, а далі фотометруванням співставляють відносний ступінь потемніння відповідних зон рентгенознімків деталі і лабораторних зразків. Ступінь втомного пошкодження матеріалу металевої деталі встановлюють за тарувальною залежністю інтенсивності пошкодження структури від величини мікропластичної деформації у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка, яку будують, змінюючи значення напруження у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка шляхом зміни величини зусилля, яке прикладають до лабораторного зразка. UA 118210 U (12) UA 118210 U UA 118210 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів дослідження нелокалізованого пошкодження металевих деталей машин і призначена для визначення ступеня накопичення нелокалізованої (розсіяної) пошкодженості металевих матеріалів від механічного змінного навантажування, що може бути використано для аналізу пошкодженості, наприклад у таких відповідальних деталях машин, як лопаті гвинтів гвинтокрилів, робочі лопатки газотурбінних двигунів і компресорів тощо, і встановити значення граничних параметрів матеріалу деталі машини, як параметра, на якому базуються методи прогнозування залишкового ресурсу деталей машин. Відомий рентгенівський спосіб прямого вимірювання пружних макронапружень у поверхневому шарі полікристалічних матеріалів [Патент на винахід № 2349907; Росія, МПК G01N 23/20 (2006.01). Бюл. № 8, опубліковано 20.03.2009]. Згідно з цим способом, поверхню об'єкта контролю опромінюють рентгенівським промінням, фіксують дифракційну картину проміння на екрані комп'ютера, а далі рентгенівським промінням з тими ж параметрами опромінюють навантажений лабораторний зразок з відомими рівнозмінними пружними напруженнями вздовж його довжини, отриману дифракційну картину на зразку комп'ютерно накладають на дифракційну картину поверхні об'єкта контролю і пересувають зразок у рентгенівському промінні до моменту співпадіння дифракційних картин, що дає змогу оцінити величину макронапружень у поверхневому шарі об'єкта контролю. Недоліком описаного способу є те, що він призначений для визначення пружних макронапружень і не дозволяє оцінити ступінь накопичення втомного пошкодження у глибинних шарах металевої деталі внаслідок циклічного пружно-пластичного деформування. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено рентгенівських способів визначення ступеня пошкодження матеріалу металевої деталі методом фотометрування її рентгенограми, який дозволив би оцінити зміни пошкодженості структури матеріалу внаслідок дії механічного навантаження. Спосіб спрямовано на вирішення задачі - створення рентгенівського способу визначення ступеня пошкодження металевої деталі методом фотометрування її рентгенограми у результаті співставлення ступеня потемніння фотошару рентгенівського знімка досліджуваної зони деталі з тарувальними даними, отриманими внаслідок рентгенівського опромінення таких же параметрів лабораторного зразка, де внаслідок механічного навантажування сформовано ідентичний рівень пошкодженості. Поставлена задача вирішується тим, що рентгенівський спосіб визначення ступеня втомного пошкодження матеріалу металевої деталі, що включає виготовлення серії однакових зразків з матеріалу, тотожного матеріалу досліджуваної деталі, кожний зразок серії навантажують до створення у ньому механічного напруження певного значення, опромінюють досліджувану деталь і зразки рентгенівським промінням однакових параметрів, а далі фотометруванням співставляють відносний ступінь потемніння відповідних зон рентгенознімків деталі і лабораторних зразків, а ступінь втомного пошкодження матеріалу металевої деталі встановлюють за тарувальною залежністю інтенсивності пошкодження структури від величини мікропластичної деформації у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка, яку будують, змінюючи значення напруження у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка шляхом зміни величини зусилля, яке прикладають до лабораторного зразка. Пропонований рентгенівський спосіб визначення ступеня пошкодження матеріалу металевої деталі методом фотометрування її рентгенограми передбачає виготовлення лабораторних зразків з матеріалу, тотожного матеріалу досліджуваної деталі, в яких ступінь пошкодженості можна, наприклад, встановити згідно з відомим способом, наприклад, за "Способом визначення граничного стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування" [Патент України на корисну модель № 100421, МПК (2015.01) G01N 3/00, G01N 27/00; Бюл. № 14, 27.07.2015], опромінення досліджуваної зони металевої деталі та лабораторного зразка з матеріалу деталі рентгенівським промінням однакових параметрів, а далі співставлення ступеня потемніння рентгенознімків зони деталі та лабораторного зразка і встановлення ступеня пошкодження структури металу деталі згідно з тарувальною залежністю. Пропонований спосіб характеризується підвищеною точністю щодо визначення ступеня пошкодженості підповерхових шарів металоконструкції та забезпечує високу обґрунтованість достовірності визначення ступеню пошкодження деталі машини за умови її змінного пружнопластичного навантажування. Суть пропонованої корисної моделі пояснюють за допомогою схематичного креслення та фотографій. 1 UA 118210 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На схематичному кресленні (Фіг. 1) показано схему експонування зони досліджуваної деталі та лабораторного зразка рентгенівським опроміненням. На Фіг. 2 показано лабораторні зразки у непошкодженому стані. На Фіг. 3 показано лабораторні зразки у пошкодженому стані - після мікропластичного деформування. На Фіг. 4 показано рентгенівські знімки (образи) робочої частини лабораторних зразків у непошкодженому стані. На Фіг. 5показано рентгенівські знімки (образи) робочої частини лабораторних зразків у пошкодженому стані - після мікропластичного деформування. На Фіг.6 показано зміни структури лабораторних зразків після певних етапів деформування (на 20 %) та діаграми, що відповідають набутим змінам структури. На Фіг. 7 показано зміни структури лабораторних зразків після певних етапів циклічного деформування (на 80 %) та діаграми, що відповідають набутим змінам структури. На схематичному кресленні позицією 1 позначено лабораторний зразок, позицією 2 джерело рентгенівського випромінювання з напрямком, показаним стрілкою 3. Позицією 4 позначено рентгенограми. Позицією 5 позначено напрямок дії механічного зусилля, прикладеного до лабораторного зразка 1. Позицією 6 позначено небезпечний переріз робочої ділянки зразка 1, де реєструють пошкодження структури. Приклад. Виготовляли серію однакових плоских зразків із матеріалу, що за фізикомеханічними властивостями матеріалу ідентичний матеріалу деталі - лопатки компресора (контрольованого об'єкту). Зразки 1 навантажували зусиллями розтягу-стиску до отримання в їх робочих ділянках механічних напружень певних значень. Для цього традиційно використовували магнітострикційну установку [Кузьменко В.А., Матохнюк Л.Е., Писаренко Г.Г. и др. Усталостные испытания на высоких частотах нагружения. - Киев: Наук.думка, 1979. - 336с.]. У кожному зразку І серії після навантажування формувалося певне значення механічних напружень. Зразки 1 опромінювали із джерела 2 рентгенівським промінням з напрямком, показаним стрілкою 3. Тарування залишкової інтенсивності дії рентгенівського проміння, що пройшло крізь метал лабораторного зразка 1, забезпечується фотометруванням ступеня потемніння рентгенограми 4. Від дії механічного зусилля 5, прикладеного до лабораторного зразка 1, в його небезпечному перерізі 6 пошкоджується структура, внаслідок чого зменшується щільність металу. Ці зміни поверхні лабораторного зразка 1 видно на Фіг. 5. У разі проходження проміння через лабораторний зразок 1 відбувається нерівномірне поглинання енергії рентгенівського проміння матеріалом зразка 1. У зонах меншої щільності матеріалу, що відповідають місцям більшої пошкодженості структури зразка 1, виявляється підвищення густини затемнення відповідних ділянок рентгенівської плівки на рентегенограмах 4, як це видно на Фіг. 6. Змінюючи величину зусилля 5, прикладеного до лабораторного зразка 1, можна збільшувати ступінь пошкодження структури 6, що дозволить побудувати тарувальну залежність інтенсивності пошкодження структури від величини мікропластичної деформації у небезпечному перерізі лабораторного зразка 1. Порівняння коефіцієнтів відносної густини потемніння ділянок рентгенівської плівки, на яку потрапляє рентгенівське проміння після проходження досліджуваної зони досліджуваної деталі зі знімками тарувальної залежності, дозволяє встановити ступінь її пошкодження методом фотометрування її рентгенографічного образу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Рентгенівський спосіб визначення ступеня втомного пошкодження матеріалу металевої деталі, що включає виготовлення серії однакових зразків з матеріалу, тотожного матеріалу досліджуваної деталі, кожний зразок серії навантажують до створення у ньому механічного напруження певного значення, опромінюють досліджувану деталь і зразки рентгенівським промінням однакових параметрів, а далі фотометруванням співставляють відносний ступінь потемніння відповідних зон рентгенознімків деталі і лабораторних зразків, а ступінь втомного пошкодження матеріалу металевої деталі встановлюють за тарувальною залежністю інтенсивності пошкодження структури від величини мікропластичної деформації у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка, яку будують, змінюючи значення напруження у небезпечному перерізі робочої ділянки лабораторного зразка шляхом зміни величини зусилля, яке прикладають до лабораторного зразка. 2 UA 118210 U 3 UA 118210 U 4 UA 118210 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5