Разработка и совершенствование новых методов исследования структуры и физических свойств материалов, основанных на применении акустических гиперволн

T,час

ХГНМАЮ

D, мкм

Кустов А.И., Мигель И.А.

АМД-ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Воронежский государственный педагогический университет, Россия Военный авиационный инженерный университет, Воронеж, Россия [e-mail]

Настоящая работа посвящена изучению упруго-механических характеристик твердотельных материалов и определению их зависимостей от внешних воздейст- вий с помощью САМ. Оценка параметров материала, его свойств проводилась как по акустомикроскопическим изображениям, так и по значениям скорости ПАВ в образце или уровню их затухания (Ä V/V %).

На рис. 1 представлены результаты анализа с помощью САМ размеров зерна стали от времени цементации. Рис.2 демонстрирует зависимость скорости ПАВ от времени цементации. В данном случае не требуется визуализации структуры мате- риала, а можно непосредственно из графической зависимости рассчитывать d З по величине uR.

80

v. 103 м/с

R

3100

0 5 10 15 20

t,час

0 10 20 30 40 50

Рис. 1. Зависимости размера зерна (D,мкм)

от времени цементации (20ХГНМАЮ)

Рис. 2. Зависимость скорости ПАВ в ст. 30ХГТ от времени цементации

è,%y = 8E-07x3 - 0,0034x2 + 30 4,6498x - 2069,1 25 R² = 0,8983 1200 1400 1600T отж.,К

Рис. 3 демонстрирует возможность изучения с помощью САМ зависимости пористости материала от температур отжига. Найденная таким образом суммарная пористость образцов в зависимости от температур синтеза и отжига лежала в пре- делах от 5–12 до 35–40 %. Оценка размера зерна керамики по акустическому сним- ку дает величины 5–12 мкм, что соответствует средним размерам зерна, опреде- ленным другими методами (например, оптическими). Полученная эксперимен- тальная кривая и её анализ с помощью тренда позволяют выбирать оптимальные для достижения характерных значений q% температуры отжига. Для представлен- ной на рис.3 зависимости эти температуры составляют 1550–1570 К. Результаты измерений для ЦТС-22 представлены на рис.4.

õ.,м/сy = 9E-10x5 - 6E-06x4 + 0,0177x3 - R2600 25,145x2 + 17801x - 5E+06 2550 R² = 0,9076 1200 1300 1400 1500 1600 1700 T., К

Рис. 3. Зависимость пористости ЦТС-22

от Т отж

Рис. 4. Зависимость uR от Т отж в ЦТС-22.

Кустов А.И.*, Мигель И.А.

*Воронежский государственный педагогический университет, Россия Военный авиационный инженерный университет, Воронеж, Россия [e-mail]

Решение задачи исследования связи физико-механических характеристик мате- риалов и параметров их структуры осуществлялось по двум основным направлени- ям – контроля структурного строения и измерения физико-механических характе- ристик. Инструментом исследования являлся сканирующий акустический микро- скоп (САМ) [1]. В качестве характеристик были выбраны количество, форма и размер неоднородностей в растре, величина дисперсии (Du). Выявление набора характерных параметров позволяло судить о степени предельности состояния материала [2].

				y =	21,6	35x	+ 421	,27
					R2	= 0,8

Рис. 1. Зависимость предела текучести от размера зерна стали 15Х2НМФА

Рис. 2. Дисперсия скорости ПАВ в ст.

Одной из целей нашей работы было определение прочностных харак- теристик. В качестве критерия прочно- сти был выбран условный предел теку- чести s02. Прочность оценивалась как в режиме визуализации, так и по V (Z)– кривым. Первый метод предполагал визуальное измерение размера зерна материала dз с параллельной оценкой величины s02стандартными метода- ми. Затем использовалось уравнение Холла–Петча, из которого для различ- ных экспериментальных точек рассчи- тывались значения s0и k. По экспе- риментальной кривой определяли s02для выбранных значений dз. Получен- ная экспериментальная кривая пред- ставлена на рис.1. Второй метод за-

09Г2С

ключался в измерении величин

u R,

расчете модулей Е и G. Сравнение полученных зависимостей позволяет сделать

вывод о том, что измеряя u R

можно просто и надежно оценивать значения

s0,2.

д

При использовании же V (Z) – кривых (g = 0,29, r =7840 кг/м3, u

= 1483 м/с) для

d

1/ 2

З

= 7 мм

-1/2

получили

s0,2 = 560 МПа. Одну из ведущих ролей при оценке физи-

ческих свойств играет степень их однородности. В процессе исследований рассчи- тывали дисперсию uR горячекатаной стали 09Г2С. На рис.2 представлены резуль- таты анализа дисперсии для поперечного направления и Т~ 880оС. Значение дис- персии составило ~27,5. Для продольного направления дисперсия равняется 94,3.

1. Briggs // Acoustic microscopy – Oxford, UK, - Clarendon Press – 1992-58 p.

2. Kystov A.I., Migel I.A. // NATO Security through Science Series. Springer. 2007. p.451-458.

Дата добавления: 2017-01-14