Акустоупругие и электромагнитно-акустические характеристики стержневых волн при растяжении термически обработанных стальных проволок

• Автор: Платунов, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Акустические методы контроля качества металлических проволок

1.1. Технология производства и дефекты стальных проволок

1.1.1 Волочение проволоки

1.1.2 Дефекты волочения

1.1.3 Дефекты термической обработки проволоки

1.1.4 Остаточные напряжения в прутках и проволоке

1.2 Методы структуроскопии проволоки

1.2.1 Оптико-физические методы оценки напряжений

1.2.2 Электрические и вихретоковые методы оценки напряжений
1.2.3 Магнитный метод
1.3 Акустические методы контроля проволоки
Выводы по 1 главе. Постановка задач
Глава 2 Моделирование распространения сигнала в проволоке
2.1 Искажение импульсов стержневой волны с учетом затухания
и дисперсии скорости
2.2 Моделирование акустического тракта стержневых волн для произвольной
формы импульса в тонких проволоках
Выводы по главе
Глава 3 Разработка экспериментальной установки и методических подходов
для акустических исследований тонких проволок
3.1 Установка для акустической структуроскопии и тензометрии проволок
3.1.1 Электронный блок генерации и усиления
3.1.2 Разработка эма-преобразователей
3.1.3 Экспериментальная установка
3.2 Методика исследований
3.2.1. Контроль с помощью раздельных ЭМАП
3.2.2 Метод многократных отражений
3.2.3 Эхо-метод для выявления дефектов структуры

3.2.4 Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки
при производстве
3.2.5 Акустическая эмиссия в металлических проволоках при растяжении
Выводы по главе
Глава 4 Анализ акустических характеристик при статическом растяжении термически обработанных проволок
4.1 Смещения частиц при распространении стержневой волны в проволоке
4.2 Физико-механические свойства исследуемых сплавов
4.3 Результаты исследований проволок при статическом растяжении после термической обработки
4.4 Обсуждение результатов
Выводы по главе
Заключение
Основные обозначения и сокращения, используемые в диссертации
Список использованной литературы
Приложение А Акт об апробации
Приложение Б Акт об использовании в учебном процессе
Приложение В Программа «Расчет процесса распространения
акустического импульса в проволоке»
Приложение Г Экспериментальные данные исследования проволоки из сплава
викаллой
Приложение Д Экспериментальные данные исследования проволоки из стали

Приложение Е Экспериментальные данные исследования проволоки из стали 65Г
Введение
Актуальность работы. Пружинная проволока, производимая на отечественных предприятиях для упругих элементов, во многих случаях отличается неравномерностью свойств как внутри одной бухты, так и по разным партиям. Это явление характерно для проволок разных марок сталей, размеров и различных производителей. Поэтому результаты механических испытаний при окончательной приемке продукции и при повторных испытаниях, допускаемых стандартом, не вполне корректны, поскольку они определяются состоянием того локального участка проволоки, от которого отобраны образцы, и не характеризуют всю бухту в целом. Возможными причинами локальной неравномерности свойств термически обработанной проволоки могут быть:
- остаточные напряжения, накапливаемые при волочении, в т.ч. при нарушении технологии волочения и износе волок;
- структурная неоднородность, осложненная протекающими при нагреве холоднодеформированных сталей процессами рекристаллизации.
Универсального метода оценки механических свойств материалов, структурного и напряженно-деформированного состояния среди многочисленных методов структуроскопии и тензометрии (акустических, электрических, магнитных, оптических, рентгеновских и др.) не существует.
Перспективные варианты оценки структурного и напряженно-деформированного состояния металлов связаны с нелинейными акустическими методами, основанными на измерении характеристик упругих волн в контролируемой среде, таких как скорость распространения и затухание волн. Обладая уникальным потенциалом, метод акустической тензометрии пока не нашел широкого использования в промышленности ввиду ряда теоретических и технических проблем, связанных с неоднозначной интерпретацией сложного напряженно-деформированного состояния реальных объектов, анизотропией их свойств, различием и неоднородностью структурного состояния, влиянием внешних воздействий на изменение параметров упругих волн, а также влиянием предыстории материала на коэффициенты акустоупругости. Расширение

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛА В ПРОВОЛОКЕ
2.1 Искажение импульсов стержневой волны с учетом затухания и дисперсии скорости
При распространении симметричной моды волны Похгаммера в тонких металлических проволоках существенное влияние на форму прошедшего импульса оказывают затухание ультразвука, вызванное рассеянием и поглощением, и дисперсия групповой и фазовой скоростей. В области малых произведений fd (где / - частота, с1 - диаметр стержня) фазовая и групповая скорости продольной волны нулевого порядка С$0 стремятся к общему пределу -стержневой скорости волн Со - и определяются выражением
С0=Т£ТД, (2.1)
где Е- модуль Юнга, р - плотность среды.
Наличие дисперсии скорости и существования нескольких мод приводит к искажению, ослаблению сигналов и к сложности их интерпретации. Учет искажений формы прошедшего импульса имеет практическое значение для структуроскопии проволоки акустическими методами.
С увеличением базы прозвучивания проволоки повышается инструментальная точность измерения информативных параметров стержневой волны, однако за счет возрастающего с расстоянием затухания уменьшается амплитуда принимаемого сигнала, в результате дисперсии скорости изменяется фаза.
Для учета влияния искажений, выбора оптимальных параметров акустического тракта требуется исследование акустического тракта стержневой волны в тонкой проволоке.
Известно дисперсионное уравнение для продольных нормальных волн в стержнях, которое в различных источниках называется уравнением Похгаммера-Кри [73, 115]:
Щг +к%(рф1(с1а)-{ где к- волновое число нормальной волны в стержне;