Способ оценки качества образцов литьевого сплава

(яо 6 01 ЕТЕНИ институт АН торско-технонического инин, В.А.Зазу 987. ОЙ О ЛАВА к исп ской ение сти о КИытаниям эмиссии, точности пределеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Физико-механическийУССР и Специальное конструклогическое бюро Физико-мехаститута АН УССР(54) СПОСОБ КАЧЕСТВЕННОБРАЗЦОВ ЛИТЬЕВОГО СП(57) Изобретение относитсяматериалов методом акустичеЦель изобретения - повышпри оценке за счет возможно Изобретение относится к методам не- разрушающего 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 нэгрузок - максимальной при разрушении и в момент появления сигналов акустической эмиссии, в качестве параметра, по которому судят о качестве сплава, выбирают рэзнссть 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 нэ 16- 20. 1 табл. Недостатком способа является узкий диапазон применения - хрупкие материалы и большая трудоемкость, состоящая в определении мерц хрупкости материала.Известен также способ определения концентраций 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,20 включения, примеси, поры и пустоты, Поэ- дтому их величина и ориентация, количествои тип приводят к различным дефектам, Так, ннапример, в одном и том же типоразмере добразца, в зависимости от вышеизложен оных факторов, может фиксироваться АЭ впроцессе нагружения с различной интвн- рсивностью и в разные моменты нагружения, лчто обусловлено ростом дефектов или раэ- нрушением хрупких включений.В способе аналога для определения ка- ичества керамических материалов использу- сиют значения меры хрупкости материала, мопределение которой вносит дополнитель- сные 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 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 АЗ и, сравнивая его с таким же отношением для образца беэ дефектов, определяют степень дефектности, что позволяет применять способ для образцов с трещинами и беэ них, а также для 15 материалов с хоупкими включениями, пустотами и т.п. При этом образцы считают дефектными, если первое отношение больше второго на 16-20 ф, Эта величина различия отношений установлена путем экспериментальных исследований, которые доказали, что наличие различного рода дефектов в образце.литьевых сплавов, определенных рентгенографическим и ультразвуковым контролем, приводит к бо лее раннему "звучанию" образца в процессе нагружения, т,е, дефекты становятся локальными концентраторами высоких механических напряжений, что вызывает их ранний рост, а зна и изуение 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, З 5 что укаэанное соотношение дефектных образцов больше аналогичного соотношения для бездефектных образцов на 16-20 и. больше,При определейии различных механиче ских 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 45 мерения; определение напряжений и деформаций. Кроме того, применение способапригодно только для хрупких керамическихматериалов. В то же время дефекты типапор и пустот, включений и т.п, характерны идля пластических материалов. Они ведут себя в материалах как концентраторы напряжения адекватные внутренним трещинам.Поэтому для металлических материаловспособ должен иметь более широкий диапазон применимости в силу вышеизложенногоНаиболее близким является способ определения качества металлических материалов, приведенный в прототипе. Однако, онограничен только контролем концентрациипримесей в высокочистых металлах и применением термической обработки, что невсегда приемлемо, ибо приводит к изменению механических характеристик металла (вчастности, величины о ) и структуры его.В предлагаемом способе оценки степени дефектности образцов ключевым является определение момента началарегистрации сигналов АЭ, которые сопровождают начало развития процесса ростадефектов. При этом фиксируется величинаусилия нагрузки. В аналоге и прототипефиксируются суммарный счет и мощностьсигналов АЭ, т.е, необходимо иметь их количественные характеристики для проведениянужных вычислений, В предлагаемом способе достаточно Фиксировать лищь качественное изменение акустограммы, чтосоответствует критерию "существенные отличия",В способах аналога и прототипа используется полная запись акустической эмиссииот начала нагружения до полного разрушения образцов. В предлагаемом заявителямиспособе достаточно зафиксировать усилиенагрузки,при котором появляются сигналыАЗ и дальнейшая их регистрация прекращается, т,е, метод АЭ контроля является временным индикатором момента начала ростаефектов,На Фиг. 1 йокаэана блок-схема измереия; на фиг. 2 - характерные акустограммыля испытуемых образцов с дефектами ибразцов бездефектных.Способ осуществляется следующим обазом. Испытуемые, образцы материаловитьевых сплавов 1 подвергают нагружеию с помощью нагружающих устройств 2,егистрируют при помощи датчиков силы 3сигналов АЭ 4 величину усилия нагрузки игналы АЭ. Отмечают на диаграмме моент появление сигналов АЭ, которые регитрируют с помощью предусилителя 5,рибора обработки сигналов АЭ 6 и регист1796964 10 15 20 25 30 35 образцов материалов путем сравнения веэтого во время проведения испытаний иск 40. лючается необходймость количественного 45 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 п 1 - максимального усилия нагрузки при разрушениях образца Рмакс и величины нагрузки Рдэ в момент начала регистрации сигналов АЭ, сравнивают его с таким же отношением п 2, определенным на бездефектном образце, Если отношение п 1п 2 на 16-20% и более, образцы считаются дефектными.В случае испытаний образцов с трещинами по максимальной нагрузке; геометрии образца и с учетом длины трещины опредеКсляются соотношения и -, - на образчдэцах дефектных - п 1 и эталонных п 2, где Кс - . коэффициент интенсивности напряжений в момент разрушения образца, и Кдэ - 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 Рилакс и Рдэ соответственно рассчитываются 0 макс и о дэ и берутся их соотношения, ( о макс - максимальное напряжениев рабочем сечении при разрушении образца, сг дэ - напряжение в рабочем сечении образца в момент появления сигналов АЭ),П р и м е р, Исследования проводили на образцах литьевых титановых сплавов типа ТЛ-ЗИспользовали. силовые схемы нагруже- ния пластин сечением 10 х 60 мм с одной боковой трещиной (фиг, 2 а) и с двумя боковыми трещинами (фиг. 2 б) на растяжение и для балочных образцов сечением 40 х 80 мм и 80 х 160 мм (фиг. 2 в) 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 сплаваот л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при оценке за счет возможности определения механической дефектности сплава, фикситания проводили на машинах УРС/50 (растяжение) и ЦДМПу(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-З, Коэффициент усиления прибора АВНбыл 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 таблице. 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 Рмахс или Кс и в момент появления сигналов АЭ Рдэ или Кдэ 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 п 1 и п 2, 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,п,) 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, 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 над отношениемвеличин нагрузок для эталонного образцана 16-20%,1796964 Результаты испытания образцов с трещинами из литьевого титанового сплава ТЛНет 269 (98,01) 134 (348,4 ) То же 2,0 Схема нагружения и количество надре- зов(трещин ) Растяжение Одна боковая трещина, сечение 10 х 60 мм Растяжение Две боковые трещины, сечение 10 х 60 мм Трехточечный изгиб. Сечение образца 40 х 60 мм Одна трещина ТрехтОчечный изгиб.Сечение образца 80 х 160 мм Одна тре- щина Растяжение, Одйа боковая трещина, сечение 10 х 60 мм Растяжение Две боковые трещины.Сечен 2 ие 10 х 60 мм Величина усилия разруше-. НИЯ Р макс КНИ соот- ветствующее значение, МПа 1 м Величина Рдэ усилия при появлении- АЗ и соответствущая ей величина К 1 АЗ, МПа1 м Отношение Кс/К 1 дэ для деф. п 1 без, деф,пг обр.Мелкие дефекты вобласти рабочего сечения1796964 10 Продолжение таблицы Составитель В.Скальский ехред М,Моргентал Корректор С,Шекмэр дакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 646 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5