Акустическая эмиссия титана

Изучено влияние состояния поверхностного слоя на акустическую эмиссию титана ВТ1-0. Показано, что акустические параметры существенно зависят от напряженного состояния поверхностного слоя. Установлено, что максимум активности акустической эмиссии увеличивается по мере снятия деформированного поверхно...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вопросы атомной науки и техники
Date:	2006
Main Authors:	Стоев, П.И., Папиров, И.И., Мощенок, В.И.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2006
Subjects:	Чистые материалы и вакуумные технологии
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81313
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Акустическая эмиссия титана / П.И. Стоев, И.И. Папиров, В.И. Мощенок // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 15-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860022041099370496
author	Стоев, П.И. Папиров, И.И. Мощенок, В.И.
author_facet	Стоев, П.И. Папиров, И.И. Мощенок, В.И.
citation_txt	Акустическая эмиссия титана / П.И. Стоев, И.И. Папиров, В.И. Мощенок // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 15-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Вопросы атомной науки и техники
description	Изучено влияние состояния поверхностного слоя на акустическую эмиссию титана ВТ1-0. Показано, что акустические параметры существенно зависят от напряженного состояния поверхностного слоя. Установлено, что максимум активности акустической эмиссии увеличивается по мере снятия деформированного поверхностного слоя и не совпадает с пределом текучести материала, что связано с началом процессов пластической деформации при напряжениях значительно ниже предела текучести. Высказаны предположения о вероятных механизмах деформации и источниках акустической эмиссии в титане. Вивчено вплив стану поверхневого шару на акустичну емісію титану ВТ1-0. Показано, що акустичні параметри істотно залежать від напруженого стану поверхневого шару. Установлено, що максимум активності акустичної емісії титану збільшується в міру зняття деформованого поверхневого шару і не збігається з межею текучості матеріалу, що зв'язано з початком процесів пластичної деформації при напругах значно, нижчих ніж межа текучості. Висловлено припущення про ймовірні механізми деформації і джерела акустичної емісії у титані. The influence of surface layer condition on acoustic emission of titanium VT1-0 alloy was studied. It is shown that acoustic parameters essentially depend on stress condition of the surface layer. It was decided that the maximum of activity of acoustic emission increases with removal of the deformed surface layer and does not accord to yield stress of a material that is concerned with beginning of processes of plastic deformation at stresses that are much lower than yield stress. Probable mechanisms of deformation and sources of acoustic emission in the titanium are suggested.
first_indexed	2025-12-07T16:47:53Z
format	Article
fulltext	УДК 539:620.179.17 АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ТИТАНА П.И. Стоев, И.И. Папиров, В.И. Мощенок Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина; E-mail: stoev@kipt.kharkov.ua Изучено влияние состояния поверхностного слоя на акустическую эмиссию титана ВТ1-0. Показано, что акустические параметры существенно зависят от напряженного состояния поверхностного слоя. Установле- но, что максимум активности акустической эмиссии увеличивается по мере снятия деформированного по- верхностного слоя и не совпадает с пределом текучести материала, что связано с началом процессов пласти- ческой деформации при напряжениях значительно ниже предела текучести. Высказаны предположения о ве- роятных механизмах деформации и источниках акустической эмиссии в титане. ВВЕДЕНИЕ Метод акустической эмиссии широко применяет- ся для изучения процессов пластической деформа- ции и разрушения металлов [1-3]. Особое внимание при этом уделяется изучению влияния структурных факторов и условий испытаний на акустико-эмис- сионные характеристики материалов. Одним из та- ких факторов является состояние поверхности мате- риала. Исследованиями кинетики пластического тече- ния на начальной стадии деформирования и приро- ды поверхностных источников сдвигообразования было установлено, что начальные акты пластическо- го течения, как правило, связаны с поверхностными слоями материала. Для изучения этих процессов привлекаются различные структурно-чувстви -тель- ные методы, одним из которых является акустиче- ская эмиссия (АЭ). Проведенные ранее исследова- ния показали, что состояние поверхности и припо- верхностного слоя оказывает существенное влияние на АЭ при пластической деформации материалов [4]. В работах [5-8] с помощью метода АЭ изучены особенности поведения поверхностных слоев ряда металлов и сплавов в процессе макро- и микроде- формирования, а также влияние состояния поверх- ности на формирование сигналов АЭ. Следует отме- тить, что экспериментальные данные о влиянии со- стояния поверхности материала на АЭ титана отсут- ствуют, а для других металлов их количество крайне ограничено. Целью данной работы является изучение АЭ ти- тана при растяжении в зависимости от состояния поверхностного слоя материала. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА Образцы для испытаний вырезались из листово- го технического титана ВТ1-0 толщиной 2 мм меха- ническим способом. Длина рабочей части и пло- щадь сечения исходных образцов равны 20 мм и 6 мм2 соответственно. Для учета сигналов АЭ, кото- рые могут возникнуть из-за деформации материала в области силопередающих контактов образец-за- хват испытательной машины, изготавливали образ- цы с различной формой головки (с отверстием для крепления с помощью шпилек и без отверстия - для крепления на плечиках образца). Для регистрации сигналов АЭ использовали раз- работанный в Институте проблем машиностроения АН Украины многоканальный акустический комплекс М400, позволяющий регистрировать им- пульсы различной амплитуды [9]. Пьезопреобразо- ватель из керамики ЦТС-19 (резонансная частота 180 кГц) через слой смазки, которая улучшает аку- стический контакт образец–датчик, прижимали с по- стоянным усилием к поверхности образца специаль- ным держателем. Образцы исследовали в исходном состоянии (заводской прокатанный лист) после тер- мической обработки при 630 и 850 ОС и после сня- тия поверхностных слоев различной толщины. Сня- тие поверхностного слоя образцов осуществляли травлением в водном растворе смеси фтористоводо- родной и азотной кислот. Механические испытания на растяжение прово- дили на универсальной испытательной машине 1958-У10-1 по стандартной методике со скоростью 2·10-4 с-1 при комнатной температуре. При испыта- нии образцов через определенный интервал времени (от 1 до 5 с) синхронно регистрировали параметры деформирования (приложенная нагрузка, перемеще- ние захвата) и количество импульсов АЭ, которое поступало на каждый из восьми амплитудных счет- чиков-дискриминаторов акустического комплекса. Сбор, обработку и анализ экспериментальных ре- зультатов проводили с помощью ЭВМ. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ На рис.1 показана зависимость активности аку- стической эмиссии ( N ) от величины перемещения захватов испытательной машины (∆l) образцов тита- на в исходном состоянии (кривая 1) после снятия поверхностного слоя (кривая 2), а также кривая де- формации (кривая 3). Видно, что снятие поверх- ностного слоя приводит к увеличению активности АЭ (рост максимума на графике) на начальной ста- дии деформирования образцов титана и величины активности АЭ в области непосредственно перед разрушением образца. Сигналы АЭ появляются сра- зу же после начала нагружения, растут до достиже- ния максимума при напряжениях, которые соответ- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 15 ствуют микропластической области на кривой де- формации. При приближении к макроскопическому пределу текучести на зависимости N (∆l) наблюда- ется резкий спад активности АЭ. Дальнейшее де- формирование (от предела текучести до напряже- ний начала разупрочнения образца) приводит прак- тически к полному прекращению регистрации сиг- налов АЭ. Активность АЭ заметно возрастает в об- ласти разрушения образца. Рис. 1. Зависимость активности АЭ и нагружаю- щего напряжения от величины перемещения захва- тов: 1- для образцов в состоянии заводской постав- ки; 2 - после снятия слоя; 3 – нагружающее напря- жение растяжения Рассмотрим, как влияет толщина снятого поверх- ностного слоя на зависимость N (∆l). На рис.2 при- веден график зависимости активности акустической эмиссии ( N ) от величины перемещения захватов ис- пытательной машины (∆l) исходных (состояние ли- ста заводской поставки) образцов титана с различ- ной толщиной снятого слоя. Из рисунка видно, что при увеличении толщины снятого слоя до 0,08 мм активность акустической эмиссии на начальной и конечной стадии деформирования увеличивается (кривые 1, 2 и 3), а после снятия слоя толщиной 0,11…0,12мм наблюдается снижение активности АЭ (кривая 4). Ход зависимостей N (∆l) в процессе деформирования образцов титана с различной тол- щиной снятого слоя подобен. Это хорошо иллю- стрирует рис.3, на котором приведена зависимость суммарного количества зарегистрированных им- пульсов АЭ от перемещения захватов для тех же об- разцов. Кривые отличаются только величиной сум- мы регистрируемых импульсов АЭ на начальной стадии деформации, а при увеличении деформации характер их изменения практически одинаков. По- сле достижения напряжений, превышающих предел текучести титана, активность АЭ резко уменьшается и остается в процессе дальнейшей деформации низ- кой практически до начала процесса разрушения. Это отображается постоянством величины суммы импульсов АЭ (кривые графиков параллельны оси Х) в этой области деформирования (см. рис.3). Анализ кривых деформации испытанных образ- цов с различной толщиной снятого слоя показал, что обработка существенно не изменяет их механиче- ские характеристики (предел прочности и текуче- сти), но приводит к уменьшению удлинения образ- цов при деформировании по сравнению с исходны- ми. Термическая обработка образцов титана (отжиг в вакууме при температурах 630 и 850ºС в течение часа) меняет вид кривых деформации материала и зависимостей АЭ в процессе деформирования. Рис. 2. Зависимость активности АЭ образцов ти- тана с различной толщиной снятого слоя от ве- личины перемещения захватов. Толщина слоя: 1 – 0; 2 – 0,02; 3 – 0,08; 4 – 0,12 мм Рис. 3. Зависимость общей суммы импульсов АЭ об- разцов титана с различной толщиной снятого слоя от величины перемещения захватов. Толщина слоя: 1 – 0; 2 – 0,02; 3 – 0,08; 4 – 0,12 мм На рис.4 приведена зависимость N (∆l) для ото- жженных при 630 0С образцов титаны от толщины снятого поверхностного слоя. Данные рис.2 и 4 по- казывают, что термическая обработка приводит к существенному изменению характера зависимости активности АЭ титана. Хорошо видно, что первый максимум зависимости N (∆l) термообработанных образцов находится в области макроскопического предела текучести, и снятие слоя практически не влияет на его величину (хотя тенденция небольшого роста активности АЭ проявляется). Существенным образом у отожженных образцов изменяется зависи- мость N (∆l) в области деформационного упрочне- ния. В этой области возникает второй максимум с достаточно высокими абсолютными значениями ак- тивности АЭ. По мере снятия поверхностного слоя активность АЭ падает и абсолютная величина этого максимума уменьшается. Из этих рисунков также следует, что по мере снятия поверхностного слоя количество импульсов при деформировании у нео- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 16 тожженных образцов растет, а у термообработанных – падает. Рис. 4. Зависимость активности АЭ отожженных при 630 0С образцов титана с различной толщиной снятого слоя от величины перемещения захватов: 1 – исходное состояние; толщина снятого слоя: 2 – 0,44; 3 – 0,32; 4 – 0,29 мм Аналогичные зависимости активности АЭ и об- щей суммы регистрируемых импульсов наблюдают- ся и для образцов титана, которые были отожжены при температуре 850 0С. Также было установлено, что способ крепления образца в захватах испыта- тельной машины (различная форма головки) не влияет на характер установленных зависимостей. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить следующее: – снятие поверхностного слоя у исходных образ- цов титана приводит к росту активности АЭ в обла- сти микропластичности и к увеличению суммарного количества регистрируемых импульсов АЭ; – снятие поверхностного слоя у термообработан- ных образцов титана не вызывает существенного из- менения величины максимума на графике зависимо- сти N (∆l) в области макроскопического предела те- кучести и приводит к уменьшению общего количе- ства регистрируемых импульсов АЭ в процессе де- формирования; – на стадии стационарного пластического тече- ния активность АЭ у исходных образцов титана крайне мала; – термообработка приводит к существенному из- менению зависимости активности АЭ в процессе де- формирования в области стационарного пластиче- ского течения, что проявляется в образовании вто- рого максимума и высоких значениях активности; – максимум на графике зависимости N (∆l) для нетермообработанных образцов не совпадает с пре- делом текучести; – после снятия поверхностного слоя наблюдается уменьшение величины удлинения образцов. При изготовлении листов титана процессы про- катки приводят к неоднородности деформации мате- риала по толщине. Кроме того, некоторое дополни- тельное напряжение вносится в поверхностный слой при механической обработке в процессе приготов- ления образцов. Таким образом, у исходных образ- цов поверхностный слой представляет собой об- ласть с более высоким уровнем напряжений, чем остальной объем образца. Смещение атомов решет- ки при образовании дислокаций приводит к появле- нию поля упругих напряжений вокруг дислокации. Поэтому движущуюся дислокацию или ансамбль дислокаций можно рассматривать как перемещаю- щее в объеме образца поле упругих напряжений. При выходе дислокаций на поверхность происходит взаимодействие полей напряжений дислокаций и поверхностного слоя. Это приводит к изменению динамики движения дислокации. В работах [10,11] показано, что если источником АЭ при деформации является движение дислокаций, то регистрируемая активность импульсов АЭ сильно зависит от скорости, с которой дислокация выходит на поверхность образца. Снятие деформированного поверхностного слоя образца приводит к уменьше- нию величины поля упругих напряжений поверх- ностного слоя, и, следовательно, к росту скорости выходящих дислокаций. Конструктивной особенностью аппаратуры АЭ является наличие амплитудного порогового уровня начала регистрации: сигналы с амплитудой ниже по- роговой не регистрируются. Этот факт необходимо учитывать при анализе экспериментальных ре- зультатов особенно, если в спектре излучения АЭ большую часть составляют низкоамплитудные сиг- налы. Увеличение скорости выхода дислокаций на по- верхность образца приводит к росту амплитуды сиг- нала. Поэтому за счет регистрации тех сигналов АЭ, амплитуда которых возросла (в результате снятия слоя) и превысила пороговый уровень, активность АЭ возрастает. Чем больше величина деформации при прокатке металла, тем выше уровень поверхностных напря- жений и сильнее влияние на динамику движения дислокаций в приповерхностных слоях материала. Поэтому при постепенном увеличении степени де- формации материала активность АЭ должна умень- шаться. В данной работе исследовались образцы, изготовленные из исходного титанового листа, кото- рый был дополнительно прокатан при комнатной температуре толщиной от 2 до 1 мм. При испытани- ях этих образцов АЭ практически отсутствовала, и ее активность не изменялась даже при удаление по- верхностных слоев большой толщины (до 0,5 мм). Последнее, скорее всего, связано с тем, что допол- нительная механическая обработка привела к силь- ному наклепу всего объема тонкого образца. АЭ у этих образцов появлялась только после дополни- тельной термической обработки. Уменьшение суммарной АЭ при снятии поверх- ностного слоя у отожженных образцов, не содержа- щих напряженных поверхностей, по нашему мне- нию, связано с известным фактом уменьшения АЭ при изменении объема рабочей части образца. В ра- боте [2] показано, что суммарная эмиссия удовле- творительно описывается уравнением N=aVд, где Vд – объем рабочей части образца, а - постоянная, кото- рая зависит от параметров регистрирующей аппара- туры (уровень дискриминации сигналов). Таким об- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 17 разом, при химическом травлении образцов с напря- женным поверхностным слоем идут два процесса, которые по-разному влияют на акустические пара- метры: снятие наклепанного слоя приводит к росту активности и общей суммы импульсов, а уменьше- ние объема образца - к их снижению. Максимум интенсивности АЭ у исходных образ- цов титана (см. рис. 1,2,5) не совпадает с пределом текучести: сигналы АЭ начинают регистрироваться при напряжениях ниже предела текучести, т.е. для большинства металлов максимум активности и об- щей суммы регистрируемых сигналов АЭ совпадает с пределом текучести, что позволило разработать методики по измерению предела текучести по пара- метрам АЭ [12]. Однако имеются эксперименталь- ные данные о том, что такое соответствие может на- рушаться. В работах [6,13-15] исследовали особен- ности поведения акустических параметров при де- формации сталей, алюминиевых сплавов, циркония и др. Было установлено, что максимальная актив- ность у этих материалов наблюдается в области ми- кропластичности. Авторы работ [13,14] детально проанализировали совмещенные диаграммы дефор- мации и параметров АЭ ряда алюминиевых сплавов (АК4-1, АМГ-6, 1201) и сталей (12Х18Н10Т, 15Х2Н- МФА). Выбирались три опорных точки (максимум амплитуды, максимум активности и предел текуче- сти), по которым проводился анализ. Было установ- лено, что для исследованных материалов пики мак- симальной амплитуды и активности АЭ предше- ствуют достижению предела текучести. Авторы объясняют этот факт неоднородностью протекания процесса деформации по длине образца. Рис. 5. Зависимость активности АЭ образцов ти- тана с различной толщиной снятого слоя от ве- личины приложенного напряжения. 1 – исходное состояние; толщина снятого слоя: 2 – 0,02; 3 – 0,08; 4 – 0,12 мм В работе [14] изучалась АЭ стали 15Х2НМФА из разных участков (наружный приповерхностных, средний и внутренний приповерхностный) толсто- стенных оболочек сосудов давления. Несмотря на существенные различия результатов для образцов из различных зон, сигналы АЭ появляются сразу же с началом нагружения и достигают максимума на участке микропластичности. В этом случае на не- совпадение максимума активности АЭ и предела те- кучести, за исключением фактора неоднородности деформации по длине, авторы указывают на влияние структурной неоднородности материала. В работе [15] объясняет это и тем, что при нагружении образ- ца и его растяжении деформация идет в материале неравномерно и может локализоваться в меньшем объеме, где действующие эффективные напряжения могут значительно превышать средние по сечению образца. АЭ при деформации циркония при комнатной температуре изучена в работе [6]. Исследовались об- разцы с шлифованной и не шлифованной поверхно- стью. Более быстрое нарастание активности АЭ для нешлифованных образцов авторы относят за счет облегченного пластического течения металла в при- поверхностных зонах. Изучение роли поверхности в процессе пласти- ческой деформации материалов начато еще в рабо- тах А.Ф.Иоффе, П.А. Ребиндера и А.В. Степанова. Исследованиями кинетики пластического течения на начальной стадии деформирования и природы поверхностных источников сдвигообразования было установлено, что начальные акты пластического течения, как правило, связаны с поверхностными слоями материала. А.Н. Давиденков [16], анализируя результаты ис- следований зависимости параметра кристалличе- ской решетки от величины прикладываемого напря- жения, выдвинул гипотезу о том, что поверхностные зерна поликристаллических материалов пластически деформируются раньше, чем внутренние объемы материала. Эта гипотеза экспериментально подтвер- ждена многочисленными исследованиями, в том числе и с применением акустической эмиссии. По нашему мнению, несовпадение максимума активности АЭ и предела текучести у образцов ис- ходного титана связано с особенностью протекания процесса микропластической деформации. Ранее нами было показано, что у бериллия микропластиче- ская деформация начинается задолго до предела те- кучести при напряжениях 6…10 МПа и во многом определяет дальнейший характер макропластиче- ской деформации [17]. Установлено, что механизмы деформации в этих областях существенно отличают- ся. Данные о поведении титана в области микроде- формации отсутствуют, поэтому проведение этих исследований представляет значительный интерес и может пролить свет на эффекты, наблюдаемые в данной работе. Рассмотрим область первого максимума АЭ, а также участок предразрушения образца. Амплитуд- ное распределение сигналов в спектре АЭ в этих об- ластях для исходного и химически полированного титана приведено на рис.6. Известно [18], что характер амплитудного рас- пределения зависит от типа деформации и разруше- ния. При вязком разрушении источники АЭ распре- делены равномерно по всему объему и работают случайным образом, поэтому вероятность появления импульсов АЭ с большими амплитудами значитель- но ниже, чем с малыми. Поэтому такому разруше- нию соответствует амплитудное распределение, ко- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 18 торое описывается зависимостью, близкой к экспо- ненциальной. Такой вид амплитудного распределе- ния мы наблюдаем в области предразрушения ис- следованных образцов титана. Рис. 6. Амплитудное распределение сигналов АЭ на различных участках деформирования: а - область микропластичности; б - область предразрушения и разрушения Амплитудное распределение сигналов АЭ для микропластической области деформирования имеет другой характер: это распределение с минимумом в области средних амплитуд, что вызвано существен- ным возрастанием количества высокоамплитудных сигналов в спектре АЭ. Анализ амплитудных распределений сигналов АЭ и данных с амплитудных счетчиков показывает, что высокоамплитудные источники сигналов АЭ очень активно начинают работать с самого начала деформирования, достаточно быстро завершают свою работу (до предела текучести) и только на ста- дии предразрушения образцов вновь наблюдаются высокоамплитудные сигналы, но их активность зна- чительно ниже, чем на начальной стадии дефор- мирования. Рассмотрим, как изменяется средняя амплитуда импульса АЭ (Аср) у исходных и обработанных об- разцов в процессе деформирования (рис 7). Сред- нюю амплитуду импульса АЭ рассчитывали по фор- муле: Аср = ( ∑ 8 1 ii Nk )/( ∑ 8 1 iN ), где k – амплитудный уровень счетчика; N – число импульсов АЭ, которые приходят в счетчик за вы- бранный интервал времени; I - порядковый номер счетчика сигналов АЭ (комплекс М400 имеет 8 ам- плитудных счетчиков). Видно, что у исследованных образцов характер изменения Аср практически одинаков. С начального момента деформирования средняя амплитуда им- пульса АЭ начинает уменьшаться и до напряжений, соответствующих пределу текучести, средняя ам- плитуда изменяется не очень сильно. В области упрочнения материала величина Аср сильно умень- шается ( приблизительно в 2 раза) и некоторое вре- мя остается постоянной. Следует обратить внимание на то, что на этих участках деформирования харак- тер изменения средней амплитуды не коррелирует с изменением механических и акустических парамет- ров. Затем на зависимости Аср(∆l) наблюдается уве- личение средней амплитуды, которое совпадает с началом роста кривой активности АЭ и началом ра- зупрочнения образца. Рис. 7. Зависимость средней амплитуды импульса АЭ от перемещения захватов для образцов с раз- личной величиной снятого поверхностного слоя: 1 – исходное состояние; толщина снятого слоя: 2 - 0,02; 3- 0,12; 4 - 0,2 мм Отсутствие существенных различий в характере изменения зависимости Аср(∆l), вероятно, связано с тем, что снятие поверхностного слоя не приводит к изменению самого механизма деформации и работа- ющих источников АЭ. Не наблюдается заметных различий в зависимостях Аср(∆l) у исходных и хими- чески обработанных образцов после отжига при температуре 630 ºС в течение часа, хотя отжиг за- метно меняет вид зависимости и приводит к росту абсолютных величин Аср приблизительно в 1,5 раза. При снятии поверхностного слоя у образцов ти- тана активность АЭ возрастает. Рассмотрим вклад импульсов различной ампли- туды в увеличение общей активности АЭ. На рис 8, а, б, в показаны зависимости изменения активно- сти низко-, средне- и высокоамплитудных сигналов АЭ в процессе деформирования для образцов с раз- личной величиной снятого поверхностного слоя. Видно, что по мере снятия поверхностного слоя вклад в увеличение активности дают сигналы всех амплитуд, но наибольший – низкоамплитудные сиг- налы. Также видно, что основное увеличение актив- ности АЭ в результате снятия слоя происходит у всех образцов на начальной стадии деформирова- ния. Это хорошо согласуется с особенностями спек- тров амплитудного распределения сигналов АЭ (см. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 19 рис.6) и может быть проиллюстрировано рис.9 и 10, на которых представлены трехмерные графики из- менения амплитудного распределения сигналов АЭ в процессе деформирования исходного образца и со снятым поверхностным слоем. Рис. 8. Зависимость изменения активности сигна- лов АЭ различной амплитуда для образцов с разной толщиной снятого слоя:1 - 0; 2 - 0,02; 3 - 0,12мм; а - сигналы низкой амплитуда; б - средней амплитуды; в - высокой амплитуды На оси Х на графике отложена величина ампли- туды сигналов АЭ, измеряемых с помощью акусти- ческого комплекса М400. По оси У отложено теку- щее время испытания, по оси Z – активность сигна- лов АЭ. В данной работе использовали 8 амплитуд- ных счетчиков, настроенных на следующие ампли- туды (приведенные ко входу усилителя): 1 от 10 до 20; 2 – 20…30; 3 - 30…40; 4 – 40…50; 5 – 50…60; 6 – 60…70; 7 – 70…80; 8 – 80 мВ и выше. Любое се- чение графика по оси У показывает количество им- пульсов, которое регистрирует каждый амплитуд- ный счетчик за интервал времени, т. е. мгновенное амплитудное распределение импульсов. Хорошо видно, что у исходного образца в начальной области деформирования число импульсов, приходящих в каждый счетчик, мало и приблизительно одинаково. У образцов после снятия поверхностного слоя в этой же области наблюдается рост активности им- пульсов АЭ всех амплитуд и особенно низкоам- плитудных сигналов АЭ. Таким образом, по мере снятия поверхностного слоя у образцов титана основной вклад в увеличение активности АЭ вносят низкоамплитудные сигналы АЭ. Рис. 9. Амплитудное распределение сигналов АЭ при деформировании у исходных образцов Рис. 10. Амплитудное распределение сигналов АЭ при деформировании у образцов со снятым поверх- ностным слоем Наблюдаемое уменьшение удлинения образцов титана после снятия поверхностных слоев, вероятно, связано с тем, что в поверхностных слоях находится наибольшее количество подвижных дислокаций, ко- торые обеспечивают начало пластической деформа- ции при малых нагрузках. Стравливание поверхностного слоя приводит к уменьшению количества подвижных дислокаций в оставшемся объеме образца. Вероятно, что оставши- еся дислокации сильнее закреплены, поэтому про- цессы деформации начинаются и проходят при бо- лее высоких нагрузках, что приводит к более бы- строму достижению разрушающих напряжений ма- териала, т.е. при постоянной скорости растяжения уменьшается время нагружения (удлинение) до раз- рушения. Анализ полученных экспериментальных ре- зультатов позволяет высказать предположения об источниках АЭ при деформировании титана с раз- личным состоянием поверхности. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 20 Рассмотрим зависимость N (∆l) для исследован- ных образцов титана. Условно эту зависимость мож- но разделить на 5 участков: 1-й – начало регистрации сигналов АЭ. На этом участке АЭ начинается сразу же после приложения нагрузки (в микропластической деформации); 2- й – достижение максимальной активности АЭ. При увеличении нагрузки в микропластической де- формации число регистрируемых сигналов АЭ уве- личивается и достигает максимума (абсолютная ве- личина которого зависит от толщины снятого слоя); 3-й – сильное уменьшение активности АЭ в об- ласти стационарного течения. При напряжениях немного выше предела текучести, активность АЭ начинает сильно уменьшаться и при напряжениях, соответствующих пределу текучести, ее величина приближается к нескольким импульсам в секунду. 4-й – сохранение низкого уровня активности АЭ. В интервале напряжений выше предела текучести и до напряжений начала разрушения образца актив- ность АЭ слабо изменяется и достаточно мала; 5-й – рост активности АЭ в области пред – и раз- рушения образца. Будем считать, что деформацию титана обеспе- чивает чисто дислокационный механизм. Излучение волн АЭ в этом случае происходит при резком уве- личении числа подвижных дислокаций и изменении их скорости движения. Можно предположить, что на участке 1 источником акустических импульсов является отрыв дислокаций от примесных точек за- крепления (заводской титан марки ВТ1-0 имеет в своем составе до 0,7% примесей - кремния, железа и др.). Как показано в работе [19], движение дислока- ции с большими скоростями (V > 103 см/с) возможно уже при очень низком уровне приложенного напря- жения (τ = 0,3 МПа), т.е. в области микродеформа- ций. Высокие скорости наблюдаются только на на- чальном этапе движения дислокации, т.е. на участке неустановившегося (нестационарного) движения, которое, согласно теоретическим представлениям [20], и является наиболее подходящим источником излучения звуковых волн. Амплитуда и активность сигналов АЭ зависит от прочности закрепления и числа оторвавшихся дис- локаций. В случае титана большая активность АЭ вызвана, вероятно, тем, что в работу одновременно вовлекается большое количество дислокационных источников, напряжение срабатывания которых яв- ляется не очень высокими (они достигаются уже на начальной стадии нагружения). При увеличении на- грузки активность АЭ растет, достигает максимума (участок 2) и затем начинает быстро уменьшаться (участок 3), что связано с уменьшением плотности подвижных дислокаций (обеднением дислокацион- ных источников) и их стационарным течением с по- стоянной скоростью. В области стационарного тече- ния (участок 4) низкий уровень АЭ, вероятно, свя- зан с изменением условий (уменьшением) генерации упругих волн движущимися в стационарном режиме (без резких изменения скорости) дислокациями. Мы считаем, что более точное описание процес- сов, которые происходят при деформировании тита- на, можно предложить только после того, как будет достигнуто понимание особенностей дислокаци- онного движения в областях микропластической де- формации титана. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Рост активности и общего количества импуль- сов АЭ по мере снятия поверхностного слоя у ис- ходных образцов титана при их испытании на растя- жение вызван уменьшением уровня поверхностных напряжений, которые определяют динамику движе- ния приповерхностных дислокаций. 2. Уменьшение общего количества импульсов при снятии поверхностного слоя у отожженных об- разцов связано с уменьшением объема рабочей ча- сти образца. 3. Дополнительная механическая обработка по- верхности образцов титана (прокатка при комнатной температуре образцов от 2 до 1мм) приводит к ис- чезновению АЭ в процессе последующих испыта- ний даже после снятия поверхностного слоя значи- тельной толщины. 4. Отжиги образцов титана при температуре 630 и 850 ºС радикально меняют характер изменения ак- тивности АЭ: появляется второй максимум в обла- сти упрочнения, а первый - смещается в область предела текучести. Данные настоящей работы подтверждают неод- нородность деформации образцов титана по объему образца и начало микропластического течения ниже физического предела текучести, а также и значи- тельное влияние на эти процессы характера распре- деления поверхностных напряжений. ЛИТЕРАТУРА 1. В.А. Стрижало, Ю.В. Добровольский, В.А. Стре- льченко. Прочность и акустическая эмиссия ма- териалов и элементов конструкций. Киев: «Нау- кова думка»,1990, 232 с. 2. В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот. Акустическая эмиссия. М.: Изд-во стандартов, 1976, 272 с. 3. Н.А. Бунина. Исследование пластической дефор- мации металлов методом акустической эмис- сии. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1990, 155 с. 4. H.L. Dunegan, A.T. Green. Factors affecting acoustic emission response from materials // Mater. Res. and Stand. 1971, v.11, N.3, p.21-24. 5. В.В.Корчевский, Ю.П.Сурков. Роль поверхности в формировании сигналов акустической эмиссии //Тезисы докладов 1 Всесоюзной конференции акустической эмиссии материалов и конструк- ций (Ростов, 11-13 сентября, 1984). Ростов: Изд- во РГУ, 1984, с.192. 6. В.Н. Глыгало, В.В. Кирсанов, Л.С. Кравцова. Аку- стическая эмиссия циркония // Дефектоскопия. 1975, №3, с.140-142. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 21 7. З.И. Бибик, В.Д. Нацик. Акустическая эмиссия при пластической деформации поликристаллов алюминия высокой чистоты // Металлофизика. 1982, в.4, №4, с.92-93. 8. L.C. Duke, R.A. Kline. The influence of the Surface Layer on Acoustic Emission // Scripta Met. 1975, v.9, p. 2008-2010. 9. Теоретическое и экспериментальное моделирова- ние физико-механических процессов в материа- лах, прочностной анализ и оптимизация конструкций в машиностроении. Создание аппа- ратуры для диагностики работоспособности элементов конструкций: Отчет НИР ИПМаш АН УССР, № ГР 79005541. Харьков, 1981, 81 с. 10. В.Д. Нацик. Излучение звука дислокаций, выхо- дящей на поверхность кристалла // Письма в ЖЭТФ. 1968, в.8, №6, с.324-328. 11. В.С. Бойко, В.Д. Нацик. Элементарные процес- сы пластической деформации кристаллов, Киев: «Наукова думка»,1978, с.178. 12. В.П. Ченцов. Разработка и исследование мето- да и аппаратуры для измерения предела текуче- сти конструкционных материалов с использова- нием акустической эмиссии. М.: «Наука», 1974, 236 с. 13. С.И. Лихатцкий, Ю.В. Добровольский. Примене- ние метода акустической эмиссии для исследо- вания прочности и пластичности материалов в условиях низких температур. Механические ис- пытания конструкционных сплавов при криоген- ных температурах. Киев: «Наукова думка», 1982, с.85 -101. 14. Г.С. Писаренко, А.А. Лебедев. Деформирование и прочность материалов при сложном напря- женном состоянии. Киев: «Наукова думка», 1976, 415 с. 15. Ю.Б. Дробот, В.В. Корчевский. Исследование связи акустической эмиссии с образованием по- лос скольжения при пластическом деформирова- нии аустенитной стали // Дефектоскопия. 1980, №5, с. 27-29. 16. Н.Н. Давиденков. Изучение пластической дефор- мации посредством рентгеноанализа // ЖТФ.1944, в.14, №9,с. 507-514. 17. И.И. Папиров, В.И. Иванцов. Микропластич- ность и размерная стабильность бериллия // Во- просы атомной науки и техники. Серия: «Физи- ка радиационных повреждений и радиационного материаловедение». 1998, в.6(72), с. 121-125. 18. О.В. Гусев. Акустическая эмиссия при дефор- мировании монокристаллов тугоплавких метал- лов. М: «Наука», 1982, 107 с. 19. B.H. Schofield. Research on the sources and charac- teristics of acoustic emission // Acoustic emission ASTM STP 505. Baltimore, 1972, p.11-19. 20. К.А. Чишко. Дислокационные механизмы аку- стической эмиссии пластически деформируемых кристаллов: Препринт ФТИНТ АН УССР. Харь- ков, 1977, 22 с. АКУСТИЧНА ЕМІСІЯ ТИТАНУ П.І. Стоєв, І.І. Папіров, В.І. Мощєнок Вивчено вплив стану поверхневого шару на акустичну емісію титану ВТ1-0. Показано, що акустичні параметри істотно залежать від напруженого стану поверхневого шару. Установлено, що максимум активності акустичної емісії титану збільшується в міру зняття деформованого поверхневого шару і не збігається з межею текучості матеріалу, що зв'язано з початком процесів пластичної деформації при напругах значно, нижчих ніж межа текучості. Висловлено припущення про ймовірні механізми деформації і джерела акустичної емісії у титані. ACOUSTIC EMISSION OF THE TITANIUM P.I. Stoev, I.I. Papirov, V.I. Moschenok The influence of surface layer condition on acoustic emission of titanium VT1-0 alloy was studied. It is shown that acoustic parameters essentially depend on stress condition of the surface layer. It was decided that the maxi- mum of activity of acoustic emission increases with removal of the deformed surface layer and does not accord to yield stress of a material that is concerned with beginning of processes of plastic deformation at stresses that are much lower than yield stress. Probable mechanisms of deformation and sources of acoustic emission in the titanium are suggested. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.15 - 22 . 22
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81313
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1562-6016
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:47:53Z
publishDate	2006
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
record_format	dspace
spelling	Стоев, П.И. Папиров, И.И. Мощенок, В.И. 2015-05-14T18:11:56Z 2015-05-14T18:11:56Z 2006 Акустическая эмиссия титана / П.И. Стоев, И.И. Папиров, В.И. Мощенок // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 15-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81313 539:620.179.17 Изучено влияние состояния поверхностного слоя на акустическую эмиссию титана ВТ1-0. Показано, что акустические параметры существенно зависят от напряженного состояния поверхностного слоя. Установлено, что максимум активности акустической эмиссии увеличивается по мере снятия деформированного поверхностного слоя и не совпадает с пределом текучести материала, что связано с началом процессов пластической деформации при напряжениях значительно ниже предела текучести. Высказаны предположения о вероятных механизмах деформации и источниках акустической эмиссии в титане. Вивчено вплив стану поверхневого шару на акустичну емісію титану ВТ1-0. Показано, що акустичні параметри істотно залежать від напруженого стану поверхневого шару. Установлено, що максимум активності акустичної емісії титану збільшується в міру зняття деформованого поверхневого шару і не збігається з межею текучості матеріалу, що зв'язано з початком процесів пластичної деформації при напругах значно, нижчих ніж межа текучості. Висловлено припущення про ймовірні механізми деформації і джерела акустичної емісії у титані. The influence of surface layer condition on acoustic emission of titanium VT1-0 alloy was studied. It is shown that acoustic parameters essentially depend on stress condition of the surface layer. It was decided that the maximum of activity of acoustic emission increases with removal of the deformed surface layer and does not accord to yield stress of a material that is concerned with beginning of processes of plastic deformation at stresses that are much lower than yield stress. Probable mechanisms of deformation and sources of acoustic emission in the titanium are suggested. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Акустическая эмиссия титана Акустична емісія титану Acoustic emission of the titanium Article published earlier
spellingShingle	Акустическая эмиссия титана Стоев, П.И. Папиров, И.И. Мощенок, В.И. Чистые материалы и вакуумные технологии
title	Акустическая эмиссия титана
title_alt	Акустична емісія титану Acoustic emission of the titanium
title_full	Акустическая эмиссия титана
title_fullStr	Акустическая эмиссия титана
title_full_unstemmed	Акустическая эмиссия титана
title_short	Акустическая эмиссия титана
title_sort	акустическая эмиссия титана
topic	Чистые материалы и вакуумные технологии
topic_facet	Чистые материалы и вакуумные технологии
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81313
work_keys_str_mv	AT stoevpi akustičeskaâémissiâtitana AT papirovii akustičeskaâémissiâtitana AT moŝenokvi akustičeskaâémissiâtitana AT stoevpi akustičnaemísíâtitanu AT papirovii akustičnaemísíâtitanu AT moŝenokvi akustičnaemísíâtitanu AT stoevpi acousticemissionofthetitanium AT papirovii acousticemissionofthetitanium AT moŝenokvi acousticemissionofthetitanium

Акустическая эмиссия титана

Institution

Similar Items