міру зростання числа напрацьованих циклів N. Згідно (рис. 5) з ростом числа циклів, рівня циклічних напружень і температури випробувань швидкість хвиль у зразку зменшується.
З'ясувалося [11], що практично всі структурні зміни, викликані термічною обробкою або деформацією, призводять до малих, але вимірним змінам СУЗ. Перспективним виявилося застосування методики вимірювання СУЗ для діагностики матеріалу при втомному навантаженні. На рис. 6. представлені дані про зміні СУЗ в ході втомного випробування зразків зі сталі 45 за схемою згинальних коливань. Аналогічні залежності були отримані і для зразків з рейкової сталі М76. Вимірювання, проведені методом автоціркуляціі звукових імпульсів на несучій частоті 2.5 МГц за допомогою приладу ІСП-12 [1], вказують на якісно однаковий для всіх випробуваних зразків вид залежності швидкості поперечних ультразвукових хвиль від числа циклів навантаження n. У всіх випадках Vt (n) складається з трьох послідовних стадій зниження СУЗ, але рівень і темп кількісних змін для кожного конкретного зразка індивідуальний (рис. 6). Характерно, що трехстадийная кінетика зміни деяких властивостей металів при втомних випробуваннях відзначалася й при використанні інших методик.
В
Рис. 6. Відносна зміна СУЗ в ході втомних випробувань зразків зі сталі 45
Розуміння істоти процесів, відповідальних за подібну стадійність кривих, досягається при мікроструктурному аналізі металу, підданого втомним випробуванням. Виявляється, на стадіях 1 і 2 в мікроструктурі ще практично непомітні які-небудь зміни, але в міру наближення стадії 3 з'являються сліди пластичної деформації, а відразу після початку крутого спаду залежності Vt (n) відзначені ознаки руйнування у вигляді мікротріщин розміром ≥ 0.01 мм. Таким чином, є надійні підстави вважати, що перехід до стадії 3 залежності СУЗ від числа циклів навантаження сигналізує про наближення катастрофічною стадії втоми і вичерпанні ресурсу виробу.
В
Рис. 7. Залежність зміни СУЗ на 1 цикл випробування від числа циклів
Таким чином, спосіб вимірювання швидкості поширення ультразвукового імпульсу дозволяє досить впевнено діагностувати накопичення дефектів при втомному навантаженні та реєструвати перехід від стадії нормальної експлуатації до стадії передруйнування.
Видається, що подібний вид залежності Vt (n) може бути корисний для пояснення відомого в теорії надійності [11] U - образного характеру залежності інтенсивності відмов (їх числа в одиницю часу) від часу експлуатації t. Дійсно, U - образної є показана на рис. 7. залежність dVt/dn від n (очевидно, n - t), побудована за даними рис 6: в термінах теорії надійності, її початковим етапом відповідає пріработочним відмовам, стадія повільного спаду СУЗ - Періоду раптових відмов (нормальна експлуатація), а швидкий спад СУЗ сигналізує про перехід до найбільш небезпечного періоду ізносовие відмов.
2. Методи вимірювання швидкості ультразвуку
Зміна швидкості поширення ультразвуку в сплавах залежно від їх структури або термічної обробки не перевищує 3%. Отже, для вивчення природи зв'язку структури та швидкості поширення звуку потрібні ультразвукові методи дослідження з точністю краще 0,05%, причому похибка пристроїв для неруйнівного контролю за швидкістю поширення ультразвуку не повинна перевищувати 0,1%.
Резонансний метод, призначений для вимірювання малих змін швидкості поширення ультразвука, є, [9] досить точним, 0,05% і краще. Такий метод легко реалізується експериментально за допомогою високоточних промислових приладів (Генераторів ультразвукових коливань, частотомеров, мілівольт метрів). Оскільки в пристрої, реализующем даний метод, використовуються нетипові п'єзоперетворювачі та зразки, необхідно оцінити його точність.
Імпульсні і автоціркуляціонние методи придатні як для промислових, так і для дослідницьких цілей. Оскільки вони можуть бути реалізовані з використанням поверхневих, наприклад релєєвського, хвиль практично виключається вплив на точність вимірювань форми і розмірів зразків, властиве резонансній методом, з допомогою жорсткої фіксації відстані між пьезопреобразователь.
В
2.1 Резонансний метод
Резонансний метод, заснований на зсуві амплітудно-частотної характеристики ультразвукового сигналу, що пройшов через зразок найбільш поширений в експериментальних дослідженнях [1]. Полягає він у наступному. У зразку збуджують безперервні ультразвукові коливання, частоту яких плавно міняють в деякому діапазоні і вимірюють залежність амплітуди минулого сигналу від його частоти. При виконанні умови резонансу в досліджуваній акустичної системі, коли на довжині зразка укладається ціле число півхвиль, амплітуда минулого сигналу досягає максимуму, що відповідає резонансній піку на амплітудно-частотній характеристиці. Після термічної обробки зразка, изменяющей структуру і влас...
