Експериментальна акустико-емісійна оцінка зародження мікротріщин

Abstract

Ранні стадії руйнування елементів конструкцій та виробів починаються з утворення і розвитку пластичної деформації, що призводить до руху і взаємодії дислокацій у твердому тілі, а за певних умов вони можуть групуватись і утворювати дислокаційні мікротріщини. Зародження та розвиток останніх є джерелом сигналів АЕ. Амплітуда сигналу пропорційна площі новоутвореної дислокаційної тріщини. Тому для того, щоб виявити появу дефекту методом АЕ, необхідно мати достатню величину утвореної мікротріщини для даного матеріалу, яка б дала амплітуду сигналу під час свого стрибкоподібного утворення, достатню для його реєстрування. За результатами попередніх досліджень авторів встановлено, що найімовірнішим механізмом зародження мікротріщини у твердому тілі є модель її утворення у загальмованій площині дислокаційного скупчення, оскільки тоді необхідно найменшу кількість дислокацій і найменші локальні напруження. Це зумовлено тим, що на початкових етапах дислокаційні ансамблі реагують тільки в своїх смугах ковзання, а за досягнення критичних значень починають об’єднуватись із сусідніми. Як показали наведені у праці результати досліджень, для зародження мікротріщини за згаданим механізмом необхідно 5-6 дислокаційних площин ковзання, які включають приблизно 75 рухомих дислокацій кожна. Амплітуда сигналів АЕ, що супроводжує утворення такого дефекту, становить 0,3...1,3 мВ за чутливості первинного п’єзоперетворювача 1,6?109В/м, що відповідає еквівалентній площі новоутвореного дефекту розміром приблизно 100 мкм2. Для конструкційної гартованої сталі 45 похибка теоретичних розрахунків становить 6...10 %, а для стану поставки 8...15 %, що цілком задовольняє точність діагностичних обстежень реальних об’єктів контролю. Бібліогр. 8 назв, табл. 1, рис. 3

Early stages of fracture of structural elements and products begin from formation and development of plastic deformation that leads to movement and interaction of dislocations in the solid body, and under certain conditions dislocations can bunch and form dislocation microcracks. Initiation and development of the latter is the source of AE signals. Signal amplitude is proportional to the area of newly formed dislocation crack. Therefore, in order to detect defect initiation by acoustic emission (AE) method, it is necessary to have a sufficient size of the formed microcrack for the given material that would generate signal amplitude during its jumplike formation, sufficient for signal recording. Results of earlier investigations by the authors revealed that the most probable mechanism of microcrack initiation in a solid is the model of its formation in a braked plane of dislocation clustering, as this requires the smallest number of dislocations and lowest local stresses. It is due to the fact that at the initial stages the dislocation assemblies react only in their slip bands, and having reached critical values they start to coalesce with the neighbouring ones. As shown by investigation results given in the work, initiation of microcracks by the above-mentioned mechanism requires 5 to 6 dislocation slip planes, which include approximately 75 mobile dislocations each. Amplitude of AE signals that accompanies formation of such a defect, is equal to 0.3 – 1.3 mV at primary piezoelectric transducer sensitivity of 1.6?109 V/m that corresponds to equivalent area of a newly formed defect of approximately 100 µm2. For quenched structural steel 45 the error of theoretical calculations is equal to 6 – 10 %, and for as-delivered condition it is 8–15 % that completely satisfies the accuracy of diagnostic examinations of actual control objects.