Влияние структуры материала и его пластической деформации на нелинейный акустический параметр

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Решается практическая задача контроля образцов из различных металлов с использованием принципов нелинейной акустики. Для контроля использована поверхностная акустическая волна, процесс распространения которой в силу нелинейных эффектов сопровождается генерацией волны удвоенной частоты. Использовано экспериментальное устройство, позволяющее контролировать структурное состояние металла образца путем регистрации изменения нелинейного акустического параметра. Для возбуждения поверхностной волны использовался клиновый преобразователь с резонансной частотой 1 МГц. Прошедшая волна регистрировалась клиновым преобразователем с резонансной частотой 2 МГц. Показано, что нелинейный параметр для исследуемых материалов в исходном состоянии имеет разное значение не только для материалов, относящихся к разным классам, но и для материалов одного структурного класса, но с разным химическим составом (12Х17Г9АН4 и 12Х18Н10Т). Пластическая деформация на 2% не приводит к изменению нелинейного параметра для сплава АМг6 и сталей 12Х17Г9АН4, 20Х13Н4Г9 и 10ХСНД. Изменение нелинейного параметра в результате пластической деформации на 2% для нержавеющих сталей 12Х18Н10Т и 08Х17Н4М3 обусловлено изменением их фазового состава, связанного с мартенситным превращением. Представленные данные по изменению нелинейного параметра от ранних стадий упругопластического деформирования до предразрушения для АМг6 и 10ХСНД демонстрируют возможность его использования в качестве прогностического критерия предельного состояния материала.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Ванягин

Институт проблем машиностроения РАН — филиал Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ilyahinsky-aleks@bk.ru
Россия, Нижний Новгород

А. В. Иляхинский

Институт проблем машиностроения РАН — филиал Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: ilyahinsky-aleks@bk.ru
Россия, Нижний Новгород

В. М. Родюшкин

Институт проблем машиностроения РАН — филиал Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: vlkn2005@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Никитина Н. Е. Акустоупругость. Опыт практического применения. Н. Новгород: ТАЛАМ, 2005. 208 с.
  2. Углов А. Л., Ерофеев В. И., Смирнов А. Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации. Под ред. академика Митенкова Ф. М. М.: Наука, 2009. 280 с.
  3. Зарембо Л. К., Красильников В. А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. 309 с.
  4. Наугольных К. А., Островский Л. А. Нелинейные волновые процессы в акустике. Под ред. Гапонова-Грехова А. В. АН СССР, Науч. совет по пробл. «Акустика», Акуст. ин-т им. Н. Н. Андреева, Ин-т прикл. физики. Москва: Наука, 1990. 236 с.
  5. Руденко О. В. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и основы методов акустической диагностики // Успехи физ. наук. 2006. Т. 176. № 1. С. 77−95.
  6. Зайцев В. Ю., Назаров В. Е., Таланов В. И. Неклассические проявления микроструктурно-обусловленной нелинейности: новые возможности для акустической диагностики // Успехи физ. наук. 2006. Т. 176. № 1. С. 97–102.
  7. Коробов А. И., Агафонов А. А., Изосимова М. Ю. Нелинейные упругие волны в твердотельном изотропном клине с дефектами // Журн. техн. физ. 2018. Т. 88. № 3. С. 385−391.
  8. Баллад Е. М., Коршак Б. А., Можаев В. Г., Солодов И. Ю. Генерация третьей гармоники и акустическая нелинейность высших порядков в твердых телах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2001. № 6. С. 44−48.
  9. Иляхинский А. В., Родюшкин В. М. Экспериментальные исследования влияния повреждаемости стали на закономерности распространения поверхностных волн // Вестн. Пермского национального исследовательского политехнического ун-та. Механика. 2018. № 3. С. 36–43.
  10. Асаинов А. Ф., Ко Сел Лен, Солодов И. Ю. Нелинейное рассеяние поверхностных акустических волн механическими дефектами твердого тела // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 4. С. 592−597.
  11. Назаров В. Е., Сутин А. М. Генерация гармоник при распространении упругих волн в твердых нелинейных средах // Акуст. журн. 1989. Т. 35. № 4. С. 711−716.
  12. Зайцев В. Ю., Назаров В. Е., Турна В., Гусев В. Э., Кастанъеде Б. Экспериментальное исследование нелинейных акустических эффектов в зернистых средах // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 5. С. 633−644.
  13. Коробов А. И., Прохоров В. М. Нелинейные акустические свойства алюминиевого сплава B95 и композита B95 // Акуст. журн. 2016. № 6. С. 661−667.
  14. Хлыбов А. А., Углов А. Л., Рябов Д. А. О возможности спектрально-акустического контроля поврежденности поликристаллических материалов на базе имитационно-механической модели // Физическая мезомеханика. 2023. Т. 26. № 2. С. 106.
  15. Gonchar A. V., Mishakin V. V., Klyushnikov V. A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on theelastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel // Int. J. of Fatigue. 2018. V. 106. P. 153−158.
  16. Ботвина Л. Р., Петерсен Т. Б., Жаркова Н. А., Тютин М. Р., Будуева В. Г. Акустические свойства малоуглеродистой стали на различных стадиях разрушения // Деформация и разрушение. 2005. № 4. С. 35−41.
  17. Паздера Л., Коренска Л., Манычева М. Экспериментальное исследование нелинейных эффектов, происходящих в структуре из бетона с нарушениями сплошности // Дефектоскопия. 2013. № 9. С. 47−55.
  18. Yamagishi H., Fukuhara M. Degradation behavior of moduli in extruded pure magnesium during low- to giga-scale cyclic tension fatigue // Acta Materialia. Elsevier. United Kingdom. 2012. № 12 (60). P. 4759–4767.
  19. Somekawa H., Maruyama N., Hiromoto S., Yamamoto A., Mukai T. Fatigue Behaviors and Microstructures in an Extruded Mg-Al-Zn Alloy // Materials transactions / The Japan Institute of Metals. Japan. 2008. № 3 (49). P. 681–684.
  20. Соловьев В. В., Родюшкин В. М., Иляхинский А. В., Сова А. Н. Исследования методом акустического зондирования физико-механических свойств стaли 10ХСНД, используемой в конструкциях космического назначения // «Двойные технологии». 2022. № 2 (99). C. 33−37
  21. Иляхинский И. А., Бугреев А. В., Иляхинский А. В., Родюшкин В. М. Неразрушающий контроль структуры карбидо-кремний-графитового композита акустическим методом // Атомная энергия. 2015. Т. 119. № 6. С. 336−338.
  22. Мальцев М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1970. 364 с.
  23. Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1967. 800 с.
  24. Лахтин Ю. M., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машино-строение, 1990. 528 с.
  25. Панин В. Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 1998. Т. 1. № 1. С. 5−22.
  26. Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 287 с.
  27. Бакушев С. В. Продольно-поперечные волны деформаций слабого разрыва // Проблемы прочности и пластичности. 2014. Т. 76. С. 114−121.
  28. Доронин А. М., Ерофеев В. И. Генерация второй гармоники сдвиговой волны в упруго-пластической среде // Письма о материалах. 2016. Т. 6. № 2. С. 102−104.
  29. Ширгина Н. В., Кокшайский А. И., Коробов А. И. Нелинейные упругие явления при распространении акустических волн на плоской шероховатой границе твердых тел // Ученые записки физического факультета московского университета. 2017. № 4. С. 1740802.
  30. Кокшайский А. И., Коробов А. И., Ширгина Н. В. Диагностика упругих свойств плоской границы двух шероховатых сред поверхностными акустическими волнами // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 2. С. 152−157.
  31. Харкевич А. А. Спектры и анализ. М.: Книжный дом «Либроком», 2009. 240 с.
  32. Ванягин А. В., Родюшкин В.М. Измерение акустической нелинейности повреждённого металла // Измерительная техника. 2017. № 10. С. 42−44.
  33. Ren G., Kim J., Jhang K.-Y. Relationship between second- and third-order acoustic nonlinear parameters in relative measurement // Ultrasonics. 2015. V. 56. P. 539−544. http://www.doi/org/10.1016/j.ultras.2014.10.009
  34. Зуев Л. Б., Данилов В. И. Физические основы прочности материалов. Долгопрудный.: ИД Интеллект, 2016. 376 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Функциональная схема устройства для измерения нелинейного акустического параметра

Скачать (146KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты измерения НАП по поверхности образцов, подвергнутых пластической деформации до образования шейки

Скачать (73KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024