Акустическая эмиссия при катодном наводороживании малоуглеродистых сталей и титановых сплавов (стр. 4 из 5)
7. В аналого-цифровых системах АЭ возможно использование прямого вычитания сигналов помех из всей совокупности зарегистрированных сигналов АЭ. Для этого производится предварительная запись сигналов помех в конкретных условиях работы нагружающего оборудования и действия других видов помех.
4. Методика электролитического наводороживания металлических образцов.
Для объяснения явлений, связанных с наводороживанием металла катода в растворах электролитов под действием стимуляторов и ингибиторов наводороживания, более продуктивным пока является рассмотрение процесса выделения водорода на основе обычных классических представлений о нескольких возможных стадиях общего процесса выделения водорода, определяющих кинетику процесса. Таких стадийных процессов рассматривают обычно три:
1. Разряд гидратированных ионов водорода электронами, вылетающими из металла – реакция Фольмера Н+∙ aq + e(Me)→H-Me. Образующиеся атомы водорода адсорбируются на поверхности металла катода.
2. Молизация адатомов водорода в молекулы – реакция Тафеля Над + Над→Н2. Возникающие таким путем молекулы водорода удаляются с катода путем диффузии в раствор (при малых плотностях тока) и в виде газовых пузырьков.
3. В некоторых случаях возможно удаление адатомов водорода с поверхности катода путем электрохимической десорбции:
Над + Н+∙ aq + e(Me)→Н2.
Количество серной кислоты в растворе не меняется. Однако при использовании стимуляторов и ингибиторов, реакции, происходящие при электролизе, существенно меняются.
В настоящей работе наводороживание проводилось в электролитической ячейке в однонормальном растворе серной кислоты с добавлением тиомочевины (стимулятор наводороживания). В качестве анода использовалась свинцовая пластина, катодом служил исследуемый образец.
Приборы:
1. Прибор акустико-эмиссионный АФ-15.
2. Источник тока Б5-46.
3. Вольтметр В7-21.
4. Акустический датчик.
5. Назначение прибора АФ-15.
Прибор предназначен для проведения исследований и контроля механических свойств различных объектов (образцы конструкционных материалов, сосуды давления, детали и узлы машин и механизмов, например, атомной энергетики, судостроение, авиаций) по информативным параметрам сигналов АЭ.
Прибор обеспечивает прием сигналов АЭ по двум каналам и одновременную регистрацию не менее четырех информативных параметров: амплитуда, скорость счета, сумма осцилляций, активность, сумма событий, разность времен прихода, форму и длительность импульсов АЭ на графопостроителях, анализаторов импульсов, цифропечатающих устройствах и Микро-ЭВМ.
6. Источники акустической эмиссии в металлах.
На современном этапе развития АЭ исследований можно выделить следующие основные источники АЭ, действующие на разных структурных уровнях в металлах:
1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование:
процессы, связанные с движением дислокаций (консервативное скольжение и аннигиляция дислокаций, размножение дислокаций по механизму Франка-Рида; отрыв дислокационных петель от точек закрепления и др.);
зернограничное скольжение;
двойникование.
2. Механизмы, связанные с фазовыми превращениями и фазовыми переходами первого и второго рода:
превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные;
образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твердых растворов;
фазовые переходы в магнетиках и сверхпроводниках;
магнитомеханические эффекты из-за смещения границ и
Таб.1.1. Параметры сигналов АЭ для некоторых источников
| Вид источника АЭ | Амплитуда или энергия импульса АЭ, Па или Дж | Длительность сигнала, мкс | Ширина спектра сигнала, МГц |
| Дислокационный источник Франка-Рида | (10-8- 10-7)G | 5- 5*104 | 1 |
| Аннигиляция дислокации длиной 10-8- 10-6м | 4*(10-18- 10-16) | 5*10-5 | 102 |
| Образование микротрещины | 10-12- 10-10 | 10-3- 10-2 | 50 |
| Исчезновение двойника размером 10-9м3 | 10-3- 10-2 | 104 | - |
| Пластическая деформация объема материала с характерным размером 10-4м | 10-4 | 103 | 0,5 |
| Энергия тепловых шумов в единичн. полосе частот | 4,2*10-21Дж/Гц | - | до 10 |
| Примечание: G- модуль сдвига | |||
переориентации магнитных доменов при изменении величины внешнего намагничивающего поля.
3. Механизмы, связанные с разрушением:
образование и накопление микроповреждений;
образование и развитие трещин;
коррозионное разрушение, включая коррозионное растрескивание.
В таблице 1.1, приведены сведения, дающие представление о характеристиках некоторых из этих источников АЭ. Дополнительно, приведены данные об уровне акустических шумов, обусловленных тепловым движением атомов.
В поликристаллических материалах появление непрерывной АЭ обычно связывают с пластической деформацией отдельных зерен поликристалла. В поликристаллической структуре из-за неравномерного распределения напряжений пластическая деформация отдельных кристаллов возникает при малой общей деформации, когда металл с феноменологической точки зрения находится в области упругости. Поэтому по сигналам АЭ можно судить о появлении неоднородностей и микродефектов на начальной стадии деформирования и разрушения материалов.
Практическое использование явления АЭ основано на регистрации упругой энергии, выделяемой в самом материале контролируемого объекта. Зарождение, перемещение и рост дефектов сопровождаются изменением микроструктуры и напряженно-деформированного состояния материала. При этом происходит перераспределение упругой энергии, что приводит к излучению АЭ-сигналов. Дискретная АЭ возникает при развитии дефектов. Поэтому с ее помощью можно выявить развивающиеся и поэтому потенциально опасные, с точки зрения катастрофического разрушения конструкций, дефекты. Этим метод АЭ выгодно отличается от традиционных методов ультразвукового контроля. В связи с этим большая часть экспериментальных и теоретических работ в области АЭ посвящена изучению взаимосвязи характеристик АЭ-сигналов с параметрами напряженного состояния и разрушения материалов. Многими авторами предприняты попытки определения функциональных или корреляционных связей между параметрами трещин и регистрируемыми при этом сигналами АЭ.
Не останавливаясь подробно на предпосылках, позволяющих получить такие зависимости (в ряде случаев их определяют по результатам обработки экспериментальных данных), в табл. 1.2 приведем некоторые из них.
Из представленных зависимостей, по мнению большинства исследователей, наиболее надежно установленной и устойчивой является степенная связь между общим счетом импульсов АЭ и коэффициентом интенсивности напряжений в вершине растущей трещины. Величину показателя степени mмногие авторы связывают с размерами зоны пластической деформации в вершине развивающейся трещины. Однако, если придерживаться этой точки зрения, то значение параметра mдолжно равняться четырем. Эксперименты дают более широкий диапазон изменения этого параметра. Установлено, что показатель степени mявляется функцией безразмерного комплекса К2Ic\Еn, включающего вязкость разрушения КIc, модуль Юнга Е и поверхностную энергию n) материала. В зависимости от величины комплекса параметр mдля различных материалов может меняться в интервале от 4 до 10,5 , что хорошо согласуется с экспериментально наблюдаемыми значениями этого показателя.
Следует отметить также работу [19], в которой приведены результаты тщательных экспериментальных исследований и показано, что сумма пиковых значений амплитуд импульсов АЭ связана линейной зависимостью с площадью трещины, при хрупком разрушении стали 38ХНЗМФА.
7. Практическая часть.
Рис. 1. Поведение скорости счета АЭ при наводороживании титанового сплава ВТ1-0, плотность катодного тока 10 мА/см2; 1- дискриминация 6 dB, 2- дискриминация 8 dB.
Рис. 2. Поведение скорости счета АЭ при наводороживании титанового сплава ВТ1-0, плотность катодного тока 10 мА/см2; 1- дискриминация 10 dB, 2- дискриминация 12 dB.
Рис. 3. Поведение скорости счета АЭ при наводороживании титанового сплава ВТ1-0, плотность катодного тока 10 мА/см2 ; 1- дискриминация 16 dB, 2- дискриминация 20 dB.
Рис. 4. Зависимость скорости счета от времени наводороживания стали 20; 1,2 – закаленные образцы, 3,4 – отожженные образцы;при уровне дискриминации 8dB.