Журналы →  Цветные металлы →  2017 →  №9 →  Назад

Материаловедение
Название Исследование стадийности накопления усталостных повреждений в структурированных образцах титана ВТ1-0 методом акустической эмиссии
DOI 10.17580/tsm.2017.09.12
Автор Башков О. В., Шаркеев Ю. П., Попкова А. А., Башкова Т. И.
Информация об авторе

ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», Комсомольск-на-Амуре, Россия:

О. В. Башков, доцент, зав. кафедрой материаловедения и технологии новых материалов, эл. почта: bashkov_ov@mail.ru
А. А. Попкова, аспирант
Т. И. Башкова, доцент кафедры материаловедения и технологии новых материалов

 

ИФПМ СО РАН, Томск, Россия:

Ю. П. Шаркеев, профессор, зав. лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов

 

Также в работе принимали участие А. Ю. Ерошенко и А. И. Толмачева.

Реферат

В работе представлены результаты исследований кинетики накопления усталостных повреждений в титане ВТ1-0 методом акустической эмиссии (АЭ). Титан марки ВТ1-0 в различном структурном состоянии подвергался консольному циклическому изгибу. Различное структурное состояние титана ВТ1-0 было получено равноканальным угловым прессованием. Путем многократного прессования была получена субмикрокристаллическая структура заготовки с размером зерен 200–300 нм. Заготовки были прокатаны в прутки, из которых были изготовлены образцы для испытаний. Ультрамелкозернистая структура с размером зерна 1–2 мкм и крупнокристаллическая структура с размером зерна 20–30 мкм были получены из образцов с субмикрокристаллической структурой титана путем последовательного отжига. Испытания на циклический изгиб проводили на специальной установке с электромагнитным приводом для обеспечения низкого уровня шума. Циклические испытания проводили одновременно с регистрацией акустической эмиссии. Преобразователь АЭ был установлен на неподвижной части образца. В результате испытаний установлено, что уменьшение размеров зерен приводит к повышению долговечности образцов титана. Для напряжения испытания 500 МПа долговечность образцов составила: крупнокристаллическая структура — 25–35 тысяч циклов; ультрамелкозернистая — 75–85 тысяч циклов; субмикрокристаллическая — 100–120 тысяч циклов. По характеру накопления суммарной АЭ были выделены стадии усталости. Выделение стадий выполняли с использованием разделения сигналов АЭ на различные типы источников (дислокации, микро- и макротрещины). Для образцов с крупнокристаллической структурой отмечена наиболее ранняя относительно общей долговечности регистрация сигналов АЭ дислокационного типа. Это связано с развитием микропластической деформации отожженной крупнокристаллической структуры. Уменьшение размеров зерен приводит к более поздней регистрации сигналов АЭ. Для образцов с субмикрокристаллической структурой выявлена наиболее поздняя регистрация АЭ различных типов источников. Это вызвано малым значением длины пробега дислокаций и единичных приращений трещин в связи с дроблением структуры титана на субструктурные элементы.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 16-19-10149).

Ключевые слова Акустическая эмиссия, равноканальное угловое прессование, микротрещины, дислокации, усталость, титан, субмикрокристаллическая структура, ультрамелкозернистая структура, деформация
Библиографический список

1. Биосовместимость / под ред. В. И. Севастьянова. — М. : Информационный центр ВНИИ геосистем, 1999. — 368 с.
2. Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М. : Логос, 2000. — 272 с.
3. Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. — М. : Академкнига, 2007. — 398 с.
4. Валиев Р. З., Семенова И. П., Латыш В. В., Щербаков А. В., Якушина Е. Б. Наноструктурный титан для биомедицинских применений: новые разработки и перспективы коммерциализации // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3, № 9/10. С. 80–89.
5. Иванова В. С., Шанявский А. А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. — Челябинск : Металлургия, 1988. — 400 с.
6. Stephens R. I., Fatemi A., Stephens R. R., Fuchs H. O. Metal fatigue in engineering : 2nd ed. — Hoboken : John Wiley & Sons, Inc., 2001. — 496 p.
7. Башков О. В., Панин С. В., Любутин П. С., Бяков А. В., Рамасуббу С. Стадийность деформации поликристаллических материалов. Исследование акустико-эмиссионным и оптико-телевизионным методами. — Томск : Изд-во национального исследовательского Томского политехнического университета, 2014. — 301 с.
8. Hamstad M. A., Gallagher A. O., Gary J. A wavelet transform applied to acoustic emission signals: Part 1: Source identification // J. Acoustic Emission. 2002. Vol. 20. P. 39–61.
9. Barsoum F., Suleman J., Korcak A., Hill E. Acoustic emission monitoring and fatigue life prediction in axially loaded notched steel specimens // J. Acoustic Emission. 2009. Vol. 27. P. 40–63.
10. Шаркеев Ю. П., Кукареко В. А., Ерошенко А. Ю., Копылов В. И., Братчиков А. Д. и др. Закономерности формирования субмикрокристаллических структур в титане, подвергнутом интенсивному пластическому деформированию по различным схемам // Физическая мезомеханика. 2006. № 9. С. 129–132.
11. Башков О. В., Парфенов Е. Е., Башкова Т. И. Программно-аппаратный комплекс для регистрации и обработки сигналов, локации и идентификации источников акустической эмиссии // Приборы и техника эксперимента. 2010. № 5. С. 67–72
12. Башков О. В., Панин С. В., Семашко Н. А. и др. Идентификация источников акустической эмиссии при деформации и разрушении стали 12Х18Н10Т // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. № 10. С. 51–57.
13. Bashkov O. V., Bashkova T. I., Popkova A. A. The use of acoustic emission for the construction of a generalized fatigue diagram of metals and alloys // Advances in Acoustic Emission Technology. 2015. Vol. 158. P. 283–291. DOI: 10.1007/978-1-4939-1239-1_26
14. Красильников В. А., Крылов В. В. Введение в физическую акустику. — М. : Наука, 1984. — 403 с.
15. Муравин Г. Б., Симкин Я. В., Мерман А. И. Идентификация механизма разрушения материалов методами спектрального анализа сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1989. № 4. С. 9–15.
16. Брагинский А. П. Распознавание дефектов по спектральным характеристикам акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1984. № 1. С. 47–55.
17. Брагинский А. П., Медведев Б. М., Платков А. И. Амплитудно-частотная методика локации источников акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1988. № 8. С. 58–65.

18. Лысак Н. В., Скальский В. Р., Сергиенко О. Н. О методологии АЭ-диагностирования трещинообразования // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1991. № 3. С. 9–14.
19. Башков О. В., Башкова Т. И., Ромашко Р. В., Попкова А. А. Построение обобщенной диаграммы усталости алюминиевых сплавов с использованием метода акустической эмиссии // Цветные металлы. 2016. № 4. С. 58–64. DOI: 10.17580/tsm.2016.04.10
20. Hamstad M. A., Mukherjee A. K. The dependence of acoustic emission on strain rate in 7075-T6 aluminum // Experimental Mechanics. 1974. Vol. 14, No. 1. P. 33–41. DOI: 10.1007/BF02324858
21. Chenglong Shi, Guoqing Wu, Aixue Sha, Huiren Jiang. Effect of microstructures on fatigue property of TC18 titanium alloy with equal strength // Procedia Engineering. 2012. Vol. 27. P. 1209–1215.
22. Pavel Mazal, Frantisek Vlasic, Filip Hort. Results of utilization of loading frequency and continuous sampling of ae signal for detection of fatigue damage of AlMg alloys // The 10th International Conference of the Slovenian Society for Non-Destructive Testing «Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering», September 1–3, 2009. Ljubljana, Slovenia. P. 385–391.
23. Miinshiou H., Jiang L., Liaw P. K., Brooks C. R., Seeley R., Klarstrom D. L. Using acoustic emission in fatigue and fracture materials research // JOM. 1998. Vol. 50. P. 349.

Полный текст статьи Получить
Назад