автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка акустического и ударного методов оценки прочности и пластичности металлических материалов

На правах рукописи

Мишакин Василий Васильевич

РАЗРАБОТКА АКУСТИЧЕСКОГО И УДАРНОГО МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.01 Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород 2004

Диссертационная работа выполнена в Нижегородском филиале Института машиноведения им. А.А. Благонравова Российской Академии наук.

Официальные оппонен гы: доктор технических наук,

профессор Волков В.М. доктор технических наук, профессор Пичков С.Н. доктор физ-мат. наук, профессор Чувильдеев В.Н.

Ведущая организация: Нижегородский научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова (НИИС).

Зашита состоится "20" апреля 2004 г. в " 1 3 0 0 " часов на заседании диссертационного совета Д212.165.07 в Нижегородском государственном

Новгород, ул. Минина, д.24, корп.1, ауд. 1258.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан '_' марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совет*1

техническом университете по адресу: 603600 ГСП - 41, г. Нижний

доктор технических наук, профессор

В.А. Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Обеспечение надежности и эффективности объектов машиностроения требует разработки новых и совершенствование существующих методов оценки прочности и пластичности материалов.

Важную роль в этом направлении играют методы и средства неразрушающего контроля, в том числе и акустический широко используемый в инженерной практике, начиная от традиционной дефектоскопии по обнаружению различных макродефектов - макротрещин, инородных включений и т.д. и кончая тонкими измерениями по определению структурных параметров материалов.

Актуальной задачей при эксплуатации изделий машиностроения является оценка величины пластической деформации материалов и элементов конструкций, подвергаемых статическому и усталостному нагружению. Как правило, измерение пластической деформации необходимо проводить на материалах находящихся в напряженном состоянии, так как снятие нагрузки в большинстве случаев невозможно без разрушения или демонтажа конструкций. Решение задачи измерения деформации акустическим методом позволит оценивать степень исчерпания ресурса материала на ранних стадиях усталостного нагружения, задолго до появления макротрещин, фиксировать необратимые изменения при случайном режиме нагружения в результате перехода материала в упругопластическое и пластическое состояние в отдельные временные промежутки.

Для разработки метода прецизионного измерения пластической деформации материала напряженных конструкций требуется проведение теоретических и экспериментальных исследовании влияния пластического деформирования на структурное состояние материалов и параметры распространения упругих волн, доработать измерительную аппаратуру.

Большой вклад в исследование структурного состояния сплавов и его изменение при статическом и усталостном нагружении внесли отечественные ученые В.М. Финкель, С.Н. Журков, И.А. Одинг, В.И Владимиров, В.Р. Регель, Петров В.А., В.Е. Панин, B.C. Иванова, В.А. Степанов, Павлов В.А. и другие а также зарубежные ученые А.Н. Cotrell, E. Orowan, N.E. Mott, A.N. Stroh, C. Ziner, P. Hirsh и другие.

Влияния структурного состояния на упругие свойства и параметры распространения упругих волн исследовали отечественные ученые Р.Л. Салганик, А.С. Вавакин, М.А. Криштал, С.К. Канаун, Ю.Б. Дробот, ВА Грешников, Т.Д. Шермергор и другие, а также зарубежные исследователи

D. Alen, S.M. Sayers, M. Hirao, R.B. Thompson, R. Truell, C. Elbaum, B.B. Chick, W.P. Mason. Их работы относятся к исследованию влияния дислокационной структуры, жестких упрочняющих частиц, кристаллографической текстуры, размеров зерна, микронесплошностей на параметры распространения упругих волн (скорости распространения упругих волн, затухания, дисперсии скорости и т.д.).

Фундаментальные работы в этом направлении являются основой для дальнейших исследований и создания методов неразрушающего контроля величины пластической деформации материалов конструкций, подвергаемых силовому нагружению. Особенно это относится к материалам с ярко выраженной кристаллографической текстурой, к которым принадлежат изделия проката, широко используемые в машиностроении - уголки, швеллеры, тавры, двутавры, листовые материалы, применяемые для изготовления обшивки корпусов судов, самолетов и других изделий, а также, используемые для штамповки различных деталей.

При переходе от оценки остаточной деформации к расчету ее предельного значения соответствующего потери локальной устойчивости акустических измерений недостаточно - необходимо знать характеристики упрочнения сплавов, а для материалов с существенной анизотропией - также и параметры пластической анизотропии.

Одним из перспективных методов определения механических характеристик, в том числе характеристик упрочнения металла, является метод ударного внедрения индентора. Оперативное измерение механических свойств путем вдавливания индентора дает возможность сравнительно быстро производить измерения и выявлять материалы с недостаточными прочностными характеристиками. Однако для оценки механических свойств тонколистовых материалов из-за их специфики - малой толщины и существенной неоднородности распределения этих свойств по плоскости листа - метод требует доработки. Необходимо выявление новых аналитических связей кинематических параметров внедрения индентора с характеристиками упрочнения, выработка новых технических решений для реализации разрабатываемых методов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка методов и устройств для определения текущих и предельных пластических деформаций, характеристик прочности и пластичности поликристаллических материалов на основе измерения параметров распространения упругих волн и характеристик ударного внедрения индентора.

Для реализации поставленной цели в работе были поставлены следующие задачи:

- моделирование влияния текстуры и поврежденности при пластическом деформировании поликристаллических материалов с кубической симметрией решетки на их упругие свойства и скорость распространения упругих волн;

- экспериментальное исследование влияния пластического деформирования на акустические параметры металлических текстурованных сплавов;

-разработка структурно-чувствительного метода прецизионного измерения величины пластической деформации металлических сплавов, находящихся в напряженном состоянии;

- разработка устройств для измерения параметров распространения упругих волн в материалах, подвергаемых силовому нагружению; автоматизация процесса ультразвуковых измерений;

-выявление связи характеристик упрочнения металлических сплавов с кинематическими параметрами ударного внедрения индентора;

-разработка метода определения характеристик упрочнения тонколистовых металлов путем ударного внедрения индентора, регистрации и обработки кинематических параметров его погружения;

-разработка метода и устройства для оценки механических характеристик тонколистовых текстурованных сплавов с помощью ударного внедрения индентора. Проведение экспериментальных исследований механических свойств испытуемых материалов путем ударного внедрения индентора;

-разработка алгоритма оценки предельных деформаций тонколистовых материалов на основе измерения характеристик ударного внедрения индентора и определения акустических параметров исследуемых сплавов. НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель связи процесса формирования текстуры поликристаллических материалов, развития микроповрежденности при пластическом деформировании с изменением упругих свойств и скорости распространения ультразвука.

2. Путем экспериментальных исследований выявлено влияние пластического деформирования на параметры распространения упругих волн и закономерности их изменения.

3. Разработан метод прецизионного измерения величины пластической деформации материалов, находящихся в напряженном состоянии (новизна метода подтверждена авторскими свидетельствами №1663494 и №1805289).

4. Разработаны устройства для оценки акустических параметров при пластическом деформировании материалов (новизна устройств подтверждена авторскими

свидетельствами №1559279, 1633292, 1516794, 1640555, 1024824, патентом №2069841).

5. Разработан метод определения параметров упрочнения металлических сплавов путем ударного внедрения индентора.

6. Разработан метод и устройство для оперативной оценки механических характеристик тонколистовых текстурованных материалов путем ударного внедрения индентора (новизна подтверждена патентом на способ и устройство №2415071).

7. Разработан алгоритм оценки предельных деформаций тонколистовых материалов, учитывающий неоднородность распределения механических характеристик по листу.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Созданы метод, и устройства прецизионного измерения величины пластической деформации материалов позволяющие оценивать ее величину непосредственно на элементах конструкций, находящихся в нагруженном состоянии.

Разработан метод определения параметров упрочнения тонколистовых материалов путем ударного внедрения индентора.

Разработан и внедрен новый метод и устройство для оценки механических характеристик тонколистовых текстурованных материалов. Разработанный метод путем ударного внедрения индентора позволил осуществлять экспресс-контроль механических параметров: предела текучести, предела прочности, относительного удлинения, показателя деформационного упрочнения, твердости.

Разработан и внедрен в практику лабораторных исследований алгоритм оценки предельных деформаций тонколистовых материалов с использованием акустических измерений и измерений характеристик ударного внедрения индентора.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанный метод прецизионного измерения величины пластической деформации использовался для исследовании легких сплавов (ВИЛС, г. Москва), элементов конструкции в процессе стендовых испытаний автомобиля ЛИАЗ-5556, автомобиля ЗИЛ 44-21, (НАМИ, г. Москва), силовых элементов автомобиля "ГАЗель" (ОАО'ТАЗ"). Разработанный метод оценки механических характеристик путем ударного внедрения индентора и алгоритм оценки величины предельных деформаций тонколистового металла используются для определения качества автолиста (ОАО "ГАЗ"). Разработанный метод определения механических параметров используется для оценкии прочностных характеристик труб газопроводов и нефтепроводов (ФГУП НИЛИМ).

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Достоверность результатов работы обусловлена применением современных методов механических испытаний, металлографического анализа, широким использованием современных методов компьютерного моделирования, новых методов акустических исследований.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Математическая модель связи процесса формирования текстуры поликристаллических материалов, развития микроповрежденности при пластическом деформировании с изменением упругих свойств и скорости распространения ультразвука.

2. Результаты экспериментальных исследований по выявлению закономерностей влияния пластической деформации на акустические параметры металлических сплавов.

3. Метод прецизионного измерения величины пластической деформации металлов, находящихся в напряженном состоянии. Устройства измерения параметров распространения упругих волн и обработки полученных данных для определения пластической деформации металлических сплавов.

4. Метод определения параметров упрочнения тонколистовых металлов путем ударного внедрения индентора, регистрации и математической обработки кинематических характеристик его погружения. Результаты исследования характеристик упрочнения тонколистовых металлических сплавов разработанным методом.

5. Метод и устройство для оценки механических параметров тонколистовых текстурованных материалов с помощью ударного внедрения индентора. Результаты экспериментальных исследований механических свойств испытуемых материалов путем ударного внедрения индентора.

5. Алгоритм оценки предельных деформаций тонколистовых материалов с помощью характеристик ударного внедрения индентора и измерения акустических параметров исследуемых металлов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы доложены на Нижегородской акустической научной сессии (Н. Новгород, 2002 г), 2-ой Научно-технической конференции «Проблемы машиноведения», посвященной 15-летию Н.Ф. ИМАШ РАН, (Н. Новгород, 2001 г.), на Международном симпозиуме ГОТАМ " Nonlinear Analysis of Fracture" (Cambridge, 1995), Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), 11-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушающие физические методы и средства контроля" (Свердловск, 1990г.), на 2-ом республиканском семинаре "Прочность и формоизменение элементов

конструкций при воздействии динамических силовых полей " (Киев, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы технической диагностики в задачах обеспечения и повышения эксплуатационной надежности судовых технических средств"(Ленинград, 1989г.), на 4-ой научно-технической конференции "Современные достижения в теории и технологии пластической деформации " (Н. Новгород, 1989), и ряде других конференций и семинаров.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 171 наименование и приложения на 5 страницах. Полный объем диссертации 228 стр., включая 109 рисунков и 17 таблиц.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в 37 научных работах, в том числе 13 статьях центральной печати и И авторских свидетельств и патентов на изобретения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены и проанализированы проблемы разработки новых и совершенствования существующих методов оценки величины пластической деформации и характеристик прочности на основе структурночувствительных акустических измерений и использовании характеристик ударного внедрения индентора. Определены актуальность, цели и задачи исследования, а также перспективы его дальнейшего развития.

В первой главе проанализированы литературные данные по описанию структурного состояния поликристаллических материалов и его изменения при пластическом деформировании. Приведен обзор современных исследований в области разработки новых и совершенствования существующих акустических методов оценки характеристик структурного состояния материалов. Приведено краткое описание существующих моделей, связывающих структурное состояние металлических сплавов с параметрами распространения упругих волн. Обоснован выбор акустического метода и метода ударного внедрения индентора для оценки величины пластической деформации, предельных деформаций, соответствующих потере локальной устойчивости листовых материалов, и параметров прочности — предела текучести, предела прочности, относительного удлинения, твердости. Выработаны требования к измерительной акустической установке.

В главе на основании литературных источников было исследовано влияние пластического деформирования и усталостного нагружения на изменение дислокационной структуры, развитие дефектов как на микро, так и на макроуровне, взаимосвязь микропластических деформаций с процессом 8

разрушения материалов. Было также исследовано влияние пластической деформации на процесс формирования кристаллографической текстуры металлов, а также влияние текстуры на пластические свойства сплавов, в частности, на параметры пластической анизотропии.

Математическое описание текстур с помощью функции распределения ориентировок (ФРО) одновременно предложили Бунге и Рое в 1965 г. Бунге разработана теория, связывающий ориентационный фактор Тейлора М с кристаллографической текстурой металла

к ма) 2

_ í, т ли 1

М(9,а) = ^= XII I-—K^cosna q

•1.0(2)*.|(1)».0(2)/>.0(1)

0)

где: «^-нормальные напряжения при одноосном нагружении; г-касательные напряжения в плоскости скольжения; ^-параметр, определяющий соотношение компонент тензора пластической деформации угол между осью нагружения и направлением проката; т^ - табулированные коэффициенты, Ж"" коэффициенты ФРО.

С использованием условия минимальной работы

(2)

рассчитывается параметр с помощью которого определяются компоненты

тензора пластической деформации

(3)

Параметр ^ зависит от угла а, с его помощью рассчитываются параметры пластической анизотропии листового металла аж, ау, aа, используемые в уравнениях теории пластического течения анизотропных тел предложенных Хиллом. Как показали исследования Бунге, для слаболегированных сплавов фактор Ми параметр qm, рассчитанные с помощью коэффициентов ФРО, имеют хорошее совпадение с значениями М и полученными с помощью механических

испытаний.

Одним из методов исследования структурного состояния сплавов является акустический метод. В работах (D. Alen, S.M. Sayers, M. Hirao, R.B. Thompson), посвященных распространению упругих волн в текстурованных поликристаллических сплавах, предполагалось, что основное влияние на скорость упругих волн в случае, когда длина волны больше размеров структурных

элементов, оказывает кристаллографическая текстура (в случае стабильного фазового состава). Проведенные исследования ограничивались построением моделей, связывающих коэффициенты ФРО со скоростью распространения упругих волн, и решению обратной задачи определения коэффициентов ФРО по результатам акустических измерений. Сравнение полюсных фигур, рассчитанных с помощью коэффициентов ФРО, полученных по результатам акустических измерений с полюсными фигурами, полученными рентгеновским методом, показало их хорошее совпадение.

В.Н. Серебряный предложил для определения фактора Тейлора М и параметра g^fa) листовых металлов использовать коэффициенты ФРО, измеренные с помощью соотношения скоростей продольных и поперечных упругих волн. Несмотря на ограниченное количество коэффициентов ФРО, определяемых акустическим методом, наблюдается хорошее совпадение параметра полученного с помощью механических испытаний, с его расчетным значением по данным акустических измерений.

Исследования Р.Л. Салганика, А.С. Вавакина, М.А. Криштала показали, что на упругие модули и скорость упругих волн существенное влияние оказывает разрыхление материала.

В вышеперечисленных работах динамика изменения акустических параметров при силовом нагружении материала, ее связь с формированием текстуры и процессом разрушения при пластическом деформировании не нашли своего отражения. Требуются дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении.

Исследование работ посвященных влиянию механических напряжений на акустические параметры (R.B. Thompson, D. Alen, S.M. Sayers, P.P. Delsanto и другие) показало, что для материалов, находящихся в напряженном состоянии, необходимо учитывать влияние на скорость упругих волн эффекта акустоупругости, связанного с физической и геометрической нелинейностью упругих свойств сплавов.

При постановке задачи разработки инженерного способа оценки деформации, включающего измерения не только на отдельных образцах, но и на конструкции, находящейся на стадии монтажа или эксплуатации, были выработаны следующие требования: измерение пластических деформаций плоских элементов конструкций при одностороннем доступе к ним; измерение без трудоемких операций подготовки поверхности; измерение при наличии упругих напряжений в конструкции, так как снятие нагрузки для проведения исследований на практике, как правило, невозможно.

Учитывая эти требования, после анализа литературных данных и проведения предварительных экспериментов были выбраны параметры распространения упругих волн - скорости распространения упругих волн, а также соотношение скоростей упругих волн различного типа и поляризации, в том числе параметр акустической анизотропии.

Разработке алгоритмов оценки предельных деформаций листовых материалов посвящены работы отечественных ученых А.Д. Томленова, Г.Д. Деля, А.Д. Матвеева, В.П. Осипова, А.Ю. Аверкиева, и других. Работы в этом направлении осуществляли зарубежные ученые А.А. Melander, V. Hasek, НА. Quershi, J.D. Bessan, L. Marciniak, K. Kuczynski и другие. Обзор литературы показал, что основными параметрами для расчета предельных деформаций, соответствующих потере локальной устойчивости, являются характеристики упрочнения металлов и параметры пластической анизотропии.

В работах Марсиньяка предложена модель, позволяющая определять предельную деформацию с учетом геометрической неоднородности листа. Растяжение реального листа моделируется растяжением однородного листа постоянной толщины, ослабленного бесконечно узкой канавкой, глубина которой зависит от разнотолщинности реального листа.

Аналогично этому подходу Г.П. Дель с соавторами для определения диаграмм предельных деформаций (ДПД) использует параметр неоднородности Д , связанный с физической неоднородностью материала и условно выражаемый через некоторую геометрическую неоднородность в виде канавки, ослабляющей сечение материала. Физические параметры, определяющие неоднородность материала, не конкретизируются. Алгоритм предусматривает измерение показателя деформационного упрочнения и параметров пластической анизотропии. В отличие от подхода Марсиньяка, в работах Деля применяется деформационная теория пластичности, что увеличивает точность прогноза предельных деформаций.

Для оперативной оценки характеристик упрочнения, используемых для расчета предельных деформаций, а также других механических свойств листа, целесообразно использовать метод вдавливания индентора.

Развитию методов испытаний материалов вдавливанием индентора посвящены работы Г. Герца, И.А. Бринеля, С. Роквелла, Д. Тейбора, Г.Д. Деля, М.П. Марковца, Г.В. Степанова, М.П. Бакирова, Л.М. Беленького, и других. Однако при использовании метода для оценки механических характеристик тонколистового материала возникают трудности, связанные с существенным влиянием опорной поверхности и неоднородности исследуемых сплавов по площади листа на точность измерения механических характеристик. Решение

проблемы измерения механических свойств тонколистовых материалов, в том числе характеристик упрочнения, требует проведения дальнейших исследований в этом направлении.

Использование акустического метода для определения параметров пластической анизотропии и метода внедрения индентора для оценки характеристик упрочнения и неоднородности листа дает возможность доработать существующий алгоритм предельных деформаций и дать некоторую физическую интерпретацию параметра

Во второй главе представлены результаты моделирования влияния пластической деформации на скорость поперечных и продольных упругих волн и величину акустической анизотропии. Рассмотрено влияние структурной неоднородности, а именно, локального изменения концентрации дислокаций, на процесс развития неоднородности распределения упругой анизотропии по исследуемым объемам материала.

Процесс моделирования заключался в следующем. Напряжения <ги, создаваемые внешней нагрузкой, проецировались на кристаллографическую систему координат гранецентрированной кубической решетки кристаллитов, первично ориентированных случайным образом. Определялись касательные напряжения в области действия первичных систем скольжения Предполагалось, что касательные напряжения т, в благоприятно ориентированных плоскостях распределяются между плоскостями скольжения и барьерами напряжения на которых формируются за счет скопления дислокаций, В

качестве барьеров могут служить границы зерен, вторые фазы и т.д.

Модель учитывает релаксацию напряжений у барьеров за счет перехода дислокаций в другие плоскости скольжения. Предполагалось, что сдвиг в плоскостях скольжения, вызванный напряжениями носит термоактивационный характер. В процессе деформирования кристаллов рассчитывалась симметричная и антисимметричная часть тензора деформации, связанная с поворотом кристаллитов. Определялись углы изменения их ориентации при формировании текстуры деформации. Учитывалось то, что отдельный кристаллит в силу стесняющего влияния соседних зерен не может поворачиваться как целое, поэтому антисимметричная часть тензора деформации должна компенсироваться поворотом кристаллической решетки противоположного знака. Поворот решетки определялся вектором г (использовалась Эйлерова система координат) с компонентами определяемых с помощью сдвигов в плоскостях скольжения. Произведено моделирование для случая, когда стесняющее влияние соседних

зерен на отдельный кристаллит в силу каких-либо причин уменьшается, например, из-за образования свободных поверхностей при разрушении барьеров и появления микропор, микротрещин, когда напряжения на барьерах превосходят некоторое критическое значение. После определения компонент вектора поворота и расчета Эйлеровых углов у\,<Р2,ф по методике Сайерса рассчитывались модули упругости поликристалла скорость продольных волн и поперечных волн и

поляризованных вдоль и поперек оси нагружения поликристалла соответственно, с помощью выражений:

(4)

(5)

(6)

где

-модули упругости монокристалла, -модули

всестороннего сжатия и сдвига соответственно (рассчитываются для изотропного материала), г/*- параметр, зависящий от углов <р\,<рг,ф',УУ™ и №,420 -коэффициенты ФРО, определяемые по формулам:

квадратов скоростей продольных и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек направления проката, соответственно; время распространения продольных упругих и поперечных упругих волн, поляризованных вдоль и поперек направления проката соответственно; ^-,1111

Параметры .А/ и А2 определяются значениями коэффициентов Ф Риф и Параметр акустической анизотропии определяет величину эффекта двулучепреломления поперечных упругих волн в анизотропной среде. В случае

изотропного материала

№'42°=0.

Безразмерные параметры А/ и А; удобно использовать для неразрушающего контроля состояния материалов, так как нет необходимости измерять толщину образца или плоского элемента конструкции для определения скорости волн. Достаточно при одностороннем доступе к плоскому элементу конструкции оценить время распространения упругих волн, которое измеряется в эксперименте с большой точностью: 1-2 нс при относительной погрешности 10"5 -И О"4.

Математическое моделирование показало, что формирование текстуры в процессе деформирования поликристаллического материала приводит к изменению скоростей распространения упругих волн (рис. 1) и акустической анизотропии (рис. 2а), (нагружение одноосное). В результате пластического деформирования изотропное состояние поликристалла превращается в анизотропное. Разрушение барьеров (условие тЦ°'>т'), тормозящих перемещение дислокаций в плоскостях скольжения, изменяет условия формирования текстуры и приводит к уменьшению изменения скорости распространения упругих волн и акустической анизотропии.

Кроме того, показано, что увеличение релаксации напряжений около барьеров влияет на изменение скорости распространения упругих волн (рис. 16). Угол поворота кристаллитов при моделировании не превосходил нескольких градусов. Для нагружения, при котором реализуется растяжение со сжатием

скорость изменения акустической анизотропии увеличивается по сравнению с одноосным нагружением.

Расчет скорости упругих волн, произведенный на основе работ Р.Л. Салганика, А.С. Вавакина, описывающих влияние несплошностей на упругие характеристики материала, показал, что влияние поврежденности определяемой как относительное изменение плотности материала за счет накопления микропор, микротрещин (у = -Др/р0), соизмеримо с влиянием текстуры на исследуемые материалы (рис, 2б). При этом диапазон изменения параметра поврежденности ф соответствовал экспериментальным данным по оценке разуплотнения металлических сплавов вплоть до их окончательного разрушения. Плотность поликристаллических сплавов при их разрушении уменьшается, как правило, не более чем на 1%.

Произведен расчет влияния структурной неоднородности в виде локального повышения концентрации дислокаций в объеме материала на изменение параметра акустической анизотропии. На рис. 3 представлено начальное распределение, при концентрации дислокаций нормированной на среднюю

Рис. 1. Зависимость скорости упругих волн от величины пластической деформации: а - для поперечных волн, 1- Уа(е„)при тЦ"'<т', 2- У0,(е„) при т^р<т',

3 - скорость К„(«п)при разрушении барьеров, 4- скорость ^(е,,) при разрушении барьеров; б-для продольных упругих волн Уа, 1- Уа(е„) при тЦ"<т', 2- Кв(г„) при разрушении барьеров, 3-скорость продольных волн при увеличении

релаксационной способности материала.

Рис. 2. (а) - Зависимость акустической анизотропии Л2 от величины пластической деформации в случае одноосного нагружения (о-,, > 0 агг =0 ег33 =0), 1- при т?<т\ 2- изменение акустической анизотропии при разрушении барьеров; (б) - Изменение скорости поперечных и продольных УВ при развитии поврежденности у/.

концентрацию дислокаций по всему объему < N > (кривая 1), распределение акустической анизотропии до деформации (линия 2), значение акустической анизотропии при усреднённых по всему объему деформациях £и = е\ 2г и г'=оо;^/=0 (кривые 3, 4 соответственно). Пунктиром обозначено изменение кривых 3, 4 при разрушении микрообъемов в результате скопления дислокаций у барьеров и появлении напряжений выше критического значения, при

относительных значениях поврежденности у/У™.»" 5, 30 % соответственно

усредненная по всему объёму поврежденность и поврежденность при разрушении всех барьеров). Распределение поврежденности представлено кривыми 5, 6. В предположении, что при развитии поврежденности поворот микрообъемов имеет обратную тенденцию по сравнению с неповрежденным материалом, получено, что при достижении определенного значения наблюдается увеличение количества экстремумов на кривой распределения параметра акустической анизотропии. На кривых 4, 5 оно увеличилось с 1 до 3.

Получено, что при пластическом деформировании происходит перемещение фронтов активного разрушения, перемещение экстремумов акустической анизотропии. Результаты моделирования показали, что развитие поврежденности структурно неоднородного материала приводит к развитию неоднородности распределения анизотропии упругих характеристик металла.

К*) %

0 2 4 6 8 10

Рис. 3. Результаты моделирования изменения акустической анизотропии, поврежденности при пластическом деформировании поликристалла.

Проведенное моделирование не охватывает все мнообразие факторов влияющих на процесс формирования текстуры. Тем не менее, оно качественно показало, что при построении метода прецизионной оценки величины пластической деформации необходимо принимать во внимание изменение структурного состояния и развитие неоднородности материала, которые в ряде случаев может оказать существенное влияние на точность измерения.

При разработке метода оценки величины пластической деформации материала, учитывалось влияние следующих факторов на параметры распространения упругих волн:

- изменение длины акустического пути упругих волн вследствие пластической деформации материала;

- изменение длины акустического пути упругих волн вследствие упругой деформации материала;

- упруго-акустичекий эффект, связанный с действием упругих напряжений на скорость распространения упругих волн ;

- изменение скорости упругих волн вследствие структурных преобразований в материале при его пластическом деформировании.

Из определения скорости упругих волн как длина

х

акустического пути, т-время распространения упругих волн, в случае малых изменений скорости и времени распространения упругих волн можно получить следующие выражения:

(9)

где -изменение времени распространения упругих волн, -время распространения упругих волн до деформации, деформация по толщине

"Ол

листа вдоль пути распространения упругих волн, разделяющаяся на упругую и пластическую часть изменение скорости упругих волн, связанное

с необратимыми структурными изменениями в материале в результате пластического деформирования, а также вследствие эффекта акустоупругости АУ^АУ+АУ™.

Для двухосного напряженного состояния с учетом термоупругого коэффициента и эффекта акустоупругости система уравнений для двух поперечных и одной продольной волны записывается в виде:

где термоупругие коэффициенты для продольных и поперечных волн;

- коэффициенты упруго-акустической связи, выражаемые с помощью модулей упругости второго и третьего порядка.

Решение системы уравнений (10) приводит к следующему выражению:

Для одноосного нагружения величина пластической деформации выражается как:

Учитывая формулы (4)-(7) и связь скорости распространения упругих волн с поврежденностью, величина зависит от параметров

На начальном этапе нагружения значение коэффициента Другие компоненты тензора пластической

деформации определяются с помощью параметра который рассчитывается через компоненты ФРО по методике Бунге.

При переходе от измерения текущей деформации к оценке предельных значений, соответствующих потери локальной устойчивости, необходимо определение характеристик упрочнения исследуемых материалов. В главе описывается разработанный метод определения характеристик упрочнения металла (показателя п и коэффициента С, входящих в уравнение кривой упрочнения путем ударного внедрения индентора и алгоритм построения

диаграмм предельных деформаций.

Для решения проблемы измерения характеристик тонколистового материала предложено использовать индентор с рабочей частью в виде клина. Использование клинового индентора дает возможность оценивать параметры упрочнения в узких локальных зонах, избежать существенного влияния опоры на характеристики внедрения индентора в материал малой толщины (минимальная толщина 0.7 мм ), увеличить объем деформируемого индентором металла при незначительной глубине внедрения (глубина внедрения до 0,3 мм, средний объем деформированного металла ~ 0,1 мм3) и получить более усредненные значения кинематических параметров внедрения индентора.

При использовании установки, в которой масса т тормозится сопротивлением внедрению клина, создающего подобные поля деформации в зоне отпечатка, зависимость ускорения а от времени без учета вязкости и волновых процессов при внедрении в материал, можно приближенно описать дифференциальным уравнением:

(17)

где -угол заточки клина, х - величина перемещения клина.

Математическое моделирование методом конечных элементов процесса внедрения клина в упрочняемый материал показало, что связь показателя деформационного упрочнения с параметрами хорошо описывается

экспоненциальной зависимостью (рис. 4).

та(1) = т

Л2

-р (п;С;а)х,

Рис. 4. Связь показателя деформационного упрочнения л с параметром р для угла заточки клина: а - а\ =60°; 1 - С = 300 ГПа, 2- С = 400 ГПа, б - а2 =90°; 1 - С = 300 ГПа, 2- С=400 ГПа.

Для углов заточки клина «1 и а2 показатели деформационного упрочнения определяются по формулам:

k-e~klP2+k2C~k3

; " - |1ос , (18)

гдер, ,рг значения параметра р для углов заточки клина <*1и а!; к\ и к -коэффициенты.

Параметры п и С для исследуемого материала выражаются как:

п = к0 ехр

. . кЛ /

'К кгРг + КкгРг ~к}к2 + кгк2 +кг Ь-?- / .

кв , / ~

-кг)

(19)

(20)

v0y/ vi 2 j

С целью ускорения процесса измерения применялся клиновой индентор с двойным углом заточки. Методом конечных элементов произволен расчет распределения интенсивности деформаций и напряжений при внедрении клина с двойным углом заточки в изотропный упругопластический упрочняемый материал (рис. 5) и определена зависимость ускорения от времени и глубины внедрения индентора (рис. 6).

Рис. 5. Распределение интенсивности деформаций при внедрении клина с двойным углом заточки в изотропный упругопластический упрочняемый материал.

-а,и!с'

4500 4С00 ЗбОО 3000 2900 2000 1500 1000 500 0

5"

3 ----

•-■Г Л' ^

1'/

У _

У

цооое

Ц0004 0,0005 Ц000В

0,0001 0,0032 0,0003*, I*

Рис. 6. Зависимости ускорения кинематической части прибора: а - от времени (1 - С=300МПа, и =0.45; 2-С=ЗООМПа, «=0.25; 3 - С=400МПа, и =0.25; 4 -С=500МПа; п =0.25); б - от глубины внедрения клина (1 - С=300МПа, и =0.45; 2 -С=300МПа, и =0.25; 3 - С=500МПа, п =0.5). Углы заточки индентора «1=60°, а 2 =90°.

Применение клина с двойным углом заточки приводит к тому, что на диаграмме зависимости ар) формируются: участок внедрения клина с углом а\, образующийся в самом начале процесса внедрения, переходный участок, а также при достаточно большой глубине внедрения участок, идентичный внедрению клина с углом , Получено, уравнение для участка торможения клина, начиная с глубины внедрения клина х (высота первого угла заточки) до максимальной глубины :

Обработка зависимости a(t) позволила выделить параметры атш ; ; р,, рассчитать параметр р1 и определить показатель деформационного упрочнения п и коэффициент С. Оценка характеристик упрочнения путем ударного внедрения индентора и параметров пластической анизотропии акустическим методом дает возможность прогнозировать величину предельных деформаций тонколистового металла. Базовым подходом для решения задачи является подход, предложенный Г.Д. Делем, разработанный на основе деформационной теории пластического течения.

Считаем, что параметр неоднородности А развивается в процессе деформирования материала и зависит от механических свойств, которые можно оценить методом ударного внедрения индентора. Принимая во внимание то, что на кооперативные процессы (например, образование полос скольжения, объединение локальных зон листа, преодолевших критическую деформацию, и т.д) существенное влияние оказывает энергия деформирования, вид напряженно-деформированного состояния, а также начальная неоднородность механических характеристик, параметр был представлен в виде зависимости:

Д = = +кыА„ + ki2a + kA1Sa (23)

где Ар = Jffjrfff,, -плотность энергии пластического деформирования металла; - вариация показателя деформационного упрочнения - дисперсия параметра , определяемого методом ударного внедрения индентора).

Алгоритм предполагает, что лист ослаблен канавкой, в которой толщина листа до деформирования равна

+ (24)

где -толщина основного металла; - некоторый эффективный параметр, характеризующий физическую и геометрическую неоднородность листа.

Исходными уравнениями, описывающими процесс деформирования как в зоне канавки, так и в зоне основного листа, являются следующие:

(25)

(26)

(27)

где с,,, ап, г|2- напряжения растяжения вдоль о с, и и сдвиговые напряжения соответственно; а0 = а1ау+ауаг+агах\ <у,е - эквивалентные напряжения и деформации.

Параметры пластической анизотропии аж, ау, аху, а,, определяются акустическим методом или методом механических испытаний на одноосное растяжение стандартных образцов. Параметр а = Еп!еп задается в начале расчета напряженно-деформированного состояния. Связь между напряжениями и деформациями, исходя из условия равновесия у границы канавки, в системе координат записывается в виде:

= ^и(1 + Д)ехр(г411 -еи + еш-еп)\ г*, = г;2(1 + Д)ехр(ггш-еп +ет -е22). (28)

Координаты у и х' располагались соответственно вдоль и поперек канавки.

Для основного материала и материала локальной зоны используются законы упрочнения:

Считается также, что

— £ ь

Ы2 •

(30)

Задавая углы между направлениями проката и направлениями главных напряжений, а также между направлениями главных напряжений и направлением,

перпендикулярным направлению канавки, задавая параметр и величину

используя формулы преобразования напряжений и деформаций при преобразовании координат, с помощью совместного решения уравнений (25)-(30),

численным методом рассчитывали величину еш. Для нахождения других компонент тензора деформаций использовались формулы:

Критическое значение деформации ^определялось как величина, при которой исчезает совместное решение уравнений (25)-(30) при заданных углах.

Таким образом, измеряя показатель деформационного упрочнения и неоднородность его распределения путем ударного внедрения индентора и измеряя параметры пластической анизотропии акустическим методом или с помощью механических испытаний на одноосное растяжение, производится расчет диаграммы предельных деформаций.

В третьей главе описаны методика постановки эксперимента, исследуемые материалы, образцы, режимы нагружения, акустические приборы для измерения величины пластической деформации и устройства для измерения механических характеристик. В работе исследовались сплавы на основе алюминия Д16, Д19, сплавы на основе железа - сталь 20, 09Г2С, 08пс, тонколистовые стали 08Ю, 08кп, 08ГСЮТР, 08ГСЮФ, 08ЮПР, широко используемые при штамповке кузовов автомобилей. Разработанная аппаратура позволила решить задачу измерения времени распространения упругих волн с погрешностью с в процессе

статического и усталостного нагружения. Производилось измерение и регистрация в автоматическом режиме относительного изменения времени распространения упругих волн с погрешностью не хуже акустической анизотропии с

погрешностью не хуже 1Х10"4, 12- параметра с погрешностью 2x10^. Частота зондирующего импульса составляла Длина упругих волн обеспечивала

условие длинноволнового приближения при измерении акустических параметров.

Измерения показателя деформационного упрочнения и других механических свойств тонколистового металла производилось с помощью разработанного прибора "Блиц", блок-схема которого приведена на рис. 7. При расчете предела текучести, предела прочности, относительного удлинения, учитывая сложность построения аналитической связи этих характеристик с параметрами внедрения индентора, как правило, ограничиваются поиском корреляционных зависимостей.

Эксперименты показали, что для исследуемых тонколистовых материалов используемых при штамповке кузовов автомобилей, достаточно ограничиться линейной зависимостью:

еП ~ Е\\а > еП--е1I - £22 • Ет ~ Е22 » еЧ1 ~ е11>~ ВЫ2 •

(31)

где

прочности сг а ,

X - механические характеристики относительное

предел текучести о 02 , предел

удлинение 84, твердость НЯТзо; ¡¡^ -

коэффициенты, определяемые для каждого у-ГО механического параметра, Х|, Х2, Х3 - параметры внедрения индентора. В качестве параметров ударного внедрения индентора использовались максимальное по модулю ускорение ат«> длительность процесса упругопластического деформирования То, энергия упругопластического деформирования Е0, которая рассчитывалась как площадь под кривой та(х), от начала внедрения индентора до конца процесса упругопластического деформирования.

Рис. 7. Блок-схема прибора "Блиц": 1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 2 — персональный компьютер; 3 - акселерометр; 4 - боек; 5 - корпус; 6 -индентор; 7 - исследуемый материал; 8 - скоба; 9 - прижимной винт; 10- пружина, 11-стопор, 12-термокомпенсатор.

Коэффициенты ^ определялись в ходе обучающего эксперимента на

материалах с заранее известными механическими характеристиками. Затем эти коэффициенты использовались для прогноза механических свойсв.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния пластического деформирования на параметры распространения упругих волн. Исследовались материалы Д16, Д19, СТ20, 09Г2С, 08 кп. Рабочая часть образцов (длина /=180-г220 ММ, толщина 4-5-6 мм) разбивалась на зоны размерами 8-10мм, и в каждой зоне на каждой ступени деформирования измерялись акустические параметры. Скорость растяжения образцов 5 мм/мин. Измерения проводили при

комнатной температура. В процессе деформирования наблюдалось развитие неоднородности акустических параметров материалов. В качестве примера на рис. 8 представлено изменение распределения параметров по длине

образцов для стали 09Г2С и материала Д19 в зависимости от величины пластической деформации £ц (одноосное нагр ужение). Усредненная по контролируемым зонам величина акустической анизотропии для исследуемых материалов монотонно изменяются в широком диапазоне пластической деформации (от 0 до ~10%, рис. 9а,б).

в г

Рис. 8. Распределение акустических параметров по длине образцов: распределение параметра Л, по длине образца из стали 09Г2С, вырезанного поперек направления проката

распределение параметра^ по длине образца из стали 09Г2С, вырезанного поперек направления проката,

распределение параметра Л1 по длине образца из сплава Д19 вырезанного поперек направления проката при

распределение параметра Л2 по длине образца из сплава Д19 вырезанного поперек направления проката,

Рис. 9. Зависимость усредненные значения параметра А2 от пластической деформации для стали 09Г2С (1) и стали 20 (2) (а); для материалов Д16АТ(1,2), Д19АТ (3,4) вырезанных вдоль направления проката (верхние кривые) и поперек направления проката (нижние кривые) (б); зависимость усредненного значения параметра Л1 от £,, для материалов 09Г2С (в); зависимость усредненного значения параметра А1 от для материалов Д16 и Д19 вырезанных вдоль направления проката (—) поперек направления проката

Это дает возможность решать обратную задачу - по изменению акустического параметра, связанного с изменением структурного состояния, определять величину пластической деформации.

Точность определения степени пластической деформации при усреднении параметра по 20 зонам составила При развитой пластической

деформации зависимость для этих материалов имеет немонотонный

характер (рис. 9в,г). Скорости изменения параметра Л, (рис. 9г) для материалов Д16, Д19 на начальном этапе нагружения имеют малое расхождение от образца к образцу (не более 10%), при развитой пластической деформации они существенно отличаются. Прогнозируемая величина поперечной пластической деформации (в локальных зонах), рассчитанная с помощью выражения:

где - значения параметра измеренные акустическим методом в - ой контролируемой зоне, хорошо совпадает с величиной пластической деформации е„, измеренной с помощью микрометра, рис. 10 (коэффициент корреляции 0.8).

Проведенные исследования позволили выявить корреляционную зависимость параметра акустической анизотропии с величиной разуплотнения материала, определяемой методом гидровзвешивания, рис.11а (коэффициент корреляции 0,8).

Распределение плотности по контролируемому объему образца до деформации подчиняется нормальному закону распределения. После деформирования закон распределения изменяется (рис. 11б). В четвертой главе также приведены результаты прецизионного измерения пластической деформации в условиях действующих механических напряжений. Для решения задачи оценки величины пластической деформации при одностороннем доступе к плоскому элементу конструкции, находящемуся в напряженном состоянии, были измерены коэффициент связанный с модулями упругости второго и третьего порядка материала, определена зависимость связанная с изменением скорости

распространения упругих волн при пластическом деформировании и зависимость отражающая влияние температуры на относительное изменение времени распространения упругих волн. Экспериментальные исследования показали, что на коэффициент влияет пластическая деформация.

Для сплава Д19 и стали СТ20: зависимость коэффициента Ко от величины аппроксимируется соответственно выражениями:

(33)

Экспериментальное исследование параметра определяющего влияние структурного состояния на скорость упругих волн, показало, что он с достаточной степенью точности также аппроксимируется квадратичной зависимостью. Для материала Д19 и стали 20 получены соответствующие формулы:

/ДО) = -0.0189 + 0.2250' + 0.051П , /,(£2) =-0.0311-0.193П'+0.02П'2. (34)

Рис. 10. Распределение пластической деформации по длине образца из стали 09Г2С: 1- прогнозируемая пластическая деформация; 2- деформация, измеренная микрометром.

Рис. 11. Связь параметра Л2 с плотностью для сплава Д19 (а) и распределение плотности по деформируемому образцу (б): 1-до деформации; 2- после деформации

Значения параметра /, , определенные с помощью коэффициентов ФРО и рассчитанные по данным акустических измерений (рис. 12, кривые изображенные пунктиром), и значения полученные с помощью прямого измерения скорости упругих волн (рис. 12, сплошные линии), на начальном этапе нагружения совпадают. При развитой деформации имеется существенное расхождение.

Отличие кривых можно объяснить влиянием на скорость упругих волн других структурных параметров (кроме текстуры), например, увеличением концентрации микропор, микротрещин.

Рис.12. График функции ) при одноосном нагружении материалов Д19

(а) и стали 20 (б).

Исследование температурной зависимости времени распространения упругих волн позволило выявить значительное влияние температуры на измеряемые временные параметры (рис. 13). Исследования показали необходимость учета этого влияния при прецизионном измерении величины пластической деформации акустическим методом.

Рис.13. Влияние температуры на относительное изменение времени распространения по упругих волн.

Погрешность оценки пластической деформации разработанным методом для материалов сталь 20 и Д19 составляет менее 0,2 %.

В табл. 1 приведены результаты измерения величины пластической деформации материала Д19 с помощью акустического метода после снятия нагрузки и в напряженном состоянии

Таблица 1

МПа 0 -1.58 -2.66 -4.30

0 -1.34 -2.66 -4.37

^(Дг2/г02),% 0 -1.20 -2.2 -4.16

0 ^(Лг3/г03),% 0 -1.34 -2.48 -4.44

0 -1.75 -3.30 -5.15

- 0 -1.52/ * -2.71 . . -4.32

^(Дг, /г01),% 0.60 -0.60 -1.71 -3.48

£?3(Ьт21Тю),% -0.20 -1.61 -2.79 -4.58

^(Лг3/г03),% 0.23 -1.63 -2.82 4.59

0 -1.81 -3.37 -5.75

210 ' 0 -1.51 - -2.68 -4.24

Д*3~(Дг,/г01),% 0.60 0.98 0.95 0.89

Дг3™(Дг2/г02),% 0.20 0.24 0.14 0.43

Д^(Дг3/г03),% 0.23 0.24 0.16 0.36

Д*3~(£2),% 0.01 0.23 0.71 0 45

Дг3™(П ),% 0 01 0.06 0.05 0.05

В таблице 1: ^"(Дг,/г01) = (Лг,/г01)*ЮО%; г"(Дг2/гга) = (Дг2/гог)*100%; £™(Дг3/г03) = (Дг3/г03)*ЮО% - деформации определенные на основе измерения времени распространения поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси нагружения и продольной волны соответственно; еп,%- пластическая деформация, измеренная микрометром в отсутствии механических напряжений; деформация, измеренная акустическим методом без учета изменения коэффициента К„ и функции /,', )%- деформация, измеренная с помощью

разработанного метода; Д£^(Дг,/г0(),% - максимальная погрешность измерения деформации с помощью измерения времени максимальная

погрешность измерения деформации с помощью параметра

Параметр П =--г-—~ + Кп—~ I применялся также для исследования

(1 + *та)1 го2 тш )

процесса усталостного разрушения материалов (малоцикловая усталость). Зависимость параметра П' от количества циклов N (рис. 14) характеризуется двумя процессами: накоплением деформаций и структурными изменениями при разрушении материала. При малых амплитудах действующих напряжений (кривая 1, рис. 14) характер зависимости в основном, структурными

преобразованиями, влияние пластической деформаций материала наблюдается, в основном, на завершающих стадиях нагружения. Увеличение амплитуды напряжения приводит к тому, что процессы накопления пластических деформаций оказывает превалирующее влияние на величину параметра практически с самого начала нагружения. Вид кривых приведенных на рис. 14 позволяет сделать следующий вывод: чем большую роль в процессе усталостного нагружения играет накопление пластических деформаций, тем менее долговечен материал. Начальное значение скорости изменения параметра коррелирует с долговечностью материалов, рис. 15.

Разработанный алгоритм определения предельных деформаций предусматривает измерение показателя деформационного упрочнения и неоднородности его распределения ударным внедрением индентора. В работе приведены данные измерений показателя деформационного упрочнения п путем внедрения индентора, а также оценка неоднородности его распределения по площади листа. Исследовались стали 08Ю, 08кп, 08ГСЮТР, 08ГСЮФ, 08ЮПР.

а'%

Nx. 10"3

Рис. 1 4. Зависимость параметра от количества циклов нагружения

материала Д16 при малоцикловой усталости. 1- сг=300МПа, 2,3- сг=350МПа, 4,5-ст =400МПа, коэффициент асимметрии цикла Я=0.

а б

Рис. 15. Корреляционная связь индивидуальной усталостной долговечности образцов с начальной скоростью изменения параметра П для материала Д16 (а) и стали 08пс (б).

Предложенный метод прецизионной оценки величины пластической деформации позволил производить ее измерение в условиях действующих механических напряжений с точностью не хуже 0.1-0.2 %.

Сравнение результатов измерений показателя деформационного упрочнения с помощью разработанного метода с результатами механических испытаний показали, что точность его измерения составляет около 6%. Измерения проводились по пяти ударам, данные замеров усреднялись.

Неоднородность механических параметров по площади тонколистовых материалов является одним из факторов развития неоднородности пластической деформации. Исследования одноосно нагружаемых образцов методом сеток (диаметр ячейки d=2.4 мм) показали, что распределение локальных пластических деформаций подчиняется нормальному закону распределения.

Одним из факторов, влияющих на микрогеометрию поверхности, является микропластическая деформация, появление полос скольжения, в которых реализуется деформация, значительно превосходящая среднюю пластическую деформацию по образцу. Измерения микрогеометрии поверхности тонколистового материала при его пластическом деформировании выявило ее существенную зависимость от соотношения главных деформаций Е22 и £ц.

Диаграммы предельных деформаций тонколистовых металлов, построенных с помощью измерения параметров упрочнения путем ударного внедрения индентора и оценки параметров пластической анизотропии акустическим методом, показаны на (рис. 16). На этих же графиках, для сравнения точками обозначены предельные деформации, полученные методом механических испытаний. Метод

/ОС. Н1 *ЦпЛ(АЛЬНА*|

{ ен&лиотекл К зз

I с.в«т«и»г I ; о» я» «* ]

механических испытаний заключался в растяжении образцов по схеме, обеспечивающей различное соотношение главных деформаций

¿¡1

-05 0 05 1 15

а

- -«•0,25 1

015 ----0,4 ----0,05 -0- , - - —

-0,5 0 05 \а

б

Рис.16. Диаграммы предельных деформаций сталей: а - 08Ю ВОСВ; б-08ГСЮФ; в - 08пс ВГ; г - 08ЮПР; »-результаты механических испытаний, прогнозируемая на основе разработанного алгоритма, ДПД - сплошная линия.

Нагружение проводилось до потери устойчивости образца (условие потери устойчивости - равенство нулю приращения максимальной растягивающей силы Р

(¿Р=0)).

Коэффициенты, связывающие параметр неоднородности Д (выражение 23) с параметрами (уравнение (23)), определялись путем

вариации этих коэффициентов до достижения минимума критерия ошибки в прогнозе предельных деформаций по сравнению с данными механических испытаний.

Результаты измерение комплекса механических характеристик путем ударного внедрения клинового индентора близки к результатам механических испытаний. В качестве примера сравнительные данные приведены в табл. 2.

Таблица 2

№ Толщ СГ02. аог", ст., а уя 84, 54уд, ч "о

Материал и на, МПа МПа МПа МПа % % § П н

мм й я

1 08Ю ОСВ 0.9 196 192 309 322 44 40 45 47

2 08пс ОМ 1.0 252 240 354 362 34 32 52 53

3 08 ГСЮТ 1.0 278 265 392 388 31 30 57 59

4 08нс ВГ 1.0 234 230 330 324 35 36 48 50

5 08Ю ВОСВ 0.9 165 178 291 319 42 42 40 41

6 08Ю ОСВ 0.9 186 183 315 314 46 42 42 41

7 08Ю ОСВ 1.0 170 168 294 316 44 44 43 39

8 08Ю ВОСВ 0.9 188 184 305 319 45 41 43 43

9 08Ю ОСВ 0.9 171 168 290 304 42 44 38 39

10 08Ю ОСВ 0.9 186 181 294 302 41 42 39 41

Обозначения в таблице 2: (То/6, а/6, <5/а, НЯТ^ , Щ2, (Т„ 84, НЯТзо - предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, твердость материалов образцов, измеренные ударным методом и полученные в результате механических испытаний, соответственно.

В процессе измерений индентор располагался вдоль направления прокатки. При расположении индентора поперек направления проката коэффициент корреляции между данными механических испытаний и измерениями путем внедрения индентора уменьшается с 0.97 до 0.92.

Разработанный метод оценки предельные деформации позволил рассчитать их значения с погрешностью не более 10% от величины предельных деформаций, измеренных методом механических испытаний. Оценка производилась на основе акустических измерений и метода ударного внедрения индентора, что существенно сокращает время для построения диаграмм предельных деформаций тонколистовых металлов по сравнению с методом механических испытаний.

По результатам испытаний средние отклонения механических характеристик тонколистовых материалов составили по пределу текучести - 8 МПа; по пределу прочности - 12 МПа; по относительному удлинению - 4 %; по твердости - 4 единицы HRT30.

В пятой главе изложены практические рекомендации для применения и использования проведенных исследований на ОАО «ГАЗ», предприятии ВИЛС, НАМИ, НИЛИМ.

В качестве объектов исследования были выбраны силовые элементы, широко используемые в автомобилестроении - элементы каркаса кузова автомобиля «ЛИАЗ-5556», проходившего испытания в институте НАМИ, выполненные в виде профиля коробчатого сечения; поперечина рамы автомобиля ЗИЛ 44-21, подмоторная рама полуторатонного автомобиля "ГАЗЕЛЬ". Использование нового способа прецизионного измерения величины пластической деформации на элементах конструкции автомобилей, находящихся под действием статического и усталостного нагружения, показало его высокую эффективность при оценке фактического состояния материала.

Промышленная эксплуатация прибора "Блиц" позволила оперативно измерять механические параметры автолиста и выявлять брак. По результатам контроля прибором в течение одного квартала было выявлено 5 партий металла с отклонением механических характеристик. Данные приведены в приложении к диссертации (справка по результатам опытно-промышленной эксплуатации прибора «Блиц»). Определение разработанным методом диаграмм предельных деформаций также позволило оперативно производить разбраковку листовых металлов.

Исследования показали возможность использования разработанного метода для определения механических характеристик материала элементов газопровода. Объектом исследования была часть трубопровода Сургут-Полоцк, диаметр трубы 1020мм, толщина стенки 13.9 мм, материал 17ГС.

Ударным методом было измерено распределение параметров предела текучести предела прочности относительного удлинения 5,

твердости НВ в зоне шва, в зоне термического влияния шва и в зоне основного материала трубы. На одно измерение затрачивалось в среднем 2-3 мин. После проведения испытаний ударным методом из трубы были вырезаны тестовые образцы и проведены стандартные механические испытания. Данные измерений ударным методом и данные стандартных механических испытаний показали их хорошее соответствие (отклонения от результатов механических испытаний не более 15%).

В приложении представлены акты внедрения полученных результатов исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании разработанной математической модели распространения упругих волн в поликристаллических материалах, подвергаемых пластическому деформированию, показано, что в процессе формирования текстуры деформации происходит активное изменение параметра акустической анизотропии материала и скоростей упругих волн. Упрочнение металлов вследствие торможения дислокаций у барьеров, в качестве которых могут быть границы зерен, вторые фазы и т.д., а также процесс разрушения барьеров существенно влияют на формирование текстуры материала и на скорости распространения упругих волн. Расчеты показали, что влияние текстуры и разуплотнения материала при образовании микропор, микротрещин на скорость упругих волн соизмеримы, и это влияние необходимо учитывать при расчете упругих модулей и скоростей упругих волн. Теоретически доказано, что наличие структурной неоднородности в виде локального повышения концентрации дислокаций приводит к развитию неоднородности упругих характеристик и акустической анизотропии.

2. Впервые предложен и экспериментально подтверждён акустический метод оценки величины пластической деформации металлических сплавов, находящихся в напряженном состоянии. Метод позволил проводить прецизионные измерения величины пластической деформации материалов и элементов конструкции, подвергаемых статическому и усталостному нагружению. Это дает возможность исследовать плоские элементы конструкций при одностороннем доступе к ним, К таким конструкциям относятся, например, силовые элементы, имеющие плоскопараллельные грани - швеллеры, уголки, тавры, двутавры, листовые материалы для обшивки корпуса судна и другие. Метод использован для определения величины пластической деформации элементов каркаса кузова автомобиля «ЛИАЗ-5556», поперечины рамы автомобиля «ЗИЛ 44-21», подмоторной поперечины автомобиля «ГАЗель», а также листовых материалов на основе железа и алюминия, подвергаемых статическому и усталостному нагружению. Экспериментальная оценка величины пластического деформирования сплавов, находящихся в напряженном состоянии, с помощью предложенного метода показала его высокую эффективность.

3. Установлены закономерности влияния пластической деформации на акустические параметры, характеризующие структурное состояние исследуемых сплавов. Для ряда материалов (Д16, Д19, 09Г2С, сталь 20, 08пс) усредненная по контролируемым зонам величина акустической анизотропии Л2 для исследуемых

материалов монотонно изменяются в широком диапазоне пластической деформации.

Полученные статистические характеристики распределения неоднородности акустической анизотропии и ее изменения позволили количественно оценивать величину произведенной пластической деформации.

4. Разработана и опробована в экспериментальных исследованиях оригинальная акустическая аппаратура, защищенная рядом авторских свидетельств. Используемые в ней принципы позволили осуществлять прецизионное измерение величины пластической деформации как при статическом, так и при усталостном нагружении в лабораторных и заводских условиях.

5. Разработаны метод и устройство для определения параметров упрочнения тонколистовых материалов путем ударного внедрения индентора.

6. Разработан алгоритм оценки предельных деформаций тонколистовых материалов с использованием акустических измерений и измерения кинематических характеристик ударного внедрения индентора. Алгоритм позволяет оперативно строить диаграммы предельных деформаций.

7. Разработаны и внедрены новый метод и устройство для оценки механических параметров тонколистовых текстурованных материалов путем ударного внедрения индентора. Исследовались тонколистовые материалы 08Ю, 08кп, 08ЮПР, 08ГСЮТ, 08ГСЮФ, широко используемые для изготовления штампованных кузовов автомобилей. Разработанный метод позволяет осуществлять экспресс-контроль листа (время измерения около двух минут) по основным механическим параметрам: пределу прочности, пределу текучести, относительному удлинению, показателю деформационного упрочнения и твердости. Метод позволил определить распределение механических параметров по площади контролируемого материала, оценить его неоднородность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Мишакин В.В., Цой Г.М. Моделирование связи кинематических параметров ударного внедрения клинового индентора с параметрами упрочнения материала // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2003.- Т. 69 - № 2. - С. 55-58.

2. Наумов М.Ю., Мишакин В.В., Смирнов СИ. Исследование прочностных свойств трубопроводов методом внедрения индентора // Прикладная механика и технология машиностроения: Сб. научн. тр. под ред. В.И. Ерофеева, СИ. Смирнова и Г.К. Сорокина. Н. Новгород: Издательство общества " Интелсервис". 2003. Вып.2(6), -С. 72-76.

3. Гусев Ю.Б., Косоногова СА, Мишакин В.В. Микрогеометрия поверхности листа и качество окрашенного кузова автомобиля // Автомобильная промышленность. -2002.- № 7. - С. 29.

4. Мишакин В.В., Кажаев В.В., Наумов М.Ю. Совместное использование метода ударного внедрения индентора и метода акустической анизотропии для оценки усталостной поврежденности металла // Дефектоскопия.-2002.- № 9.- С. 39-45.

5. Мишакин В.В. Совместное использование метода ударного внедрения индентора и акустического метода для прогнозирования пластической деформации листовых металлов // Материаловедение и металлургия: Сб. научн. тр. - НГТУ; Н. Новгород, 2002. - С. 111 -119.

6. Упрочнение материала при динамическом внедрении клинового индентора. Кошелев О.С., Костылев А.В., Мишакин В.В. Цой Г.М. // Известия АМН Рф.-2001.-Юб. Том- С. 126-135.

7. Мишакин В.В. Использование метода ударного внедрения индентора для оценки параметров упрочнения листовых металлов // Вторая научно-техническая конференция посвященная 15-летию Нф ИМАШ РАН: Тез. докл. Н. Новгород, 2001.-С. 65.

8. Определение механических характеристик тонколистового металла ударным внедрением индентора. Мишакин В.В., Борисов АА, Литовченко В.Н. и др. // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. -2000. - № 12 .-С. 32-34.

9. Патент 2145071 Российская Федерация. Способ определения механических характеристик материалов и устройство для его осуществления / В.В. Мишакин, В.Н. Литовченко, А.А. Борисов // Опубл. в бюл. - 2000.- № 3.

10. Мишакин В.В., Гусев Ю.Б., Дубовов Д.А. Расчет диаграмм предельных деформаций листового материала // Материаловедение и высокотемпературные технологии: Сб. научн. тр. - НГТУ; Н. Новгород, 2000. Вып.2.- С. 162-166.

11. Мишакин В.В., Кажаев В.В., Гусев Ю.Б. Построение диаграмм предельных деформаций // Испытание материалов и конструкций: Сб. научн. тр. под ред. С.И. Смирнова и В.И. Ерофеева. Н. Новгород: Издательство общества " Интелсервис". 2000. Вып.2,-С. 96-100.

12. Мишакин В.В. Некоторый подход к оценке локальной устойчивости листовых металлов // Испытание материалов и конструкций: Сб. научн. тр. под ред. СИ. Смирнова и В.И. Ерофеева. Н. Новгород: Издательство общества " Интелсерйис". 2000. Вып.2,-С. 101-102.

13. Мишакин В.В. Модель поврежденности текстурованных металлических сплавов при пластическом деформировании // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1999.- № 2.- С. 70-76.

14. Мишакин В.В Исследование поврежденности текстурированных металлических сплавов // Нелинейная акустика твердого тела: Сб. труд 8-ой сесСИи РосС.Ийского акустического общества. Н. Новгород, 1998.- С. 251-256.

15. Скудное ВА, Мишакин В.В., Литовченко В.Н. Определение предельных механических характеристик материалов методом внедрения индентора // Физические технологии в машиноведении: Сб. научн. тр.- НГТУ; Н. Новгород, 1998,-С. 92-96.

16. Мишакин В.В. Моделирование поврежденности металлических сплавов при пластическом деформировании // Прикладная механика и технологии машиностроения: Сб. научн. тр. под ред. В.И. Ерофеева, С.И. Смирнова и Г.К. Сорокина. Н. Новгород: Издательство общества "Интелсервис".1997. ч.1, - С. 53 — 60.

17. Mishakin V.V. Research on the connection between" the acoustic parameters of Poly crystal line alloys, their plastic characteristics and structural damage // Acoustics Letters.-1996.-Vol. 19.-№ 10.- P. 192-196.

18. Мишакин В.В. Исследование связи упругих свойств поликристаллических сплавов с пластическими характеристиками и поврежденностью // Испытания материалов и конструкций: Сб. научн. тр. под ред. С.И. Смирнова и В.И. Ерофеева. Н. Новгород: Издательство общества "Интелсервис".1996.- С. 65 - 75.

19. Патент 2069841 РосС.Ийская Федерация. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Ф. Полевщиков // Опубл. в бюл. -1996,-№33.

20. V.V. Mishakin, The influence of the process of plastic deformation and damage of polycrystalline materials on the effect of acoustoelasticity // Abstracts IUTAM Symposium on nonlinear analysis of fracture, Cambrige.- 1995 .

21. Mishakin V.V. and Serebryany V.N., Application of the acoustoelastic effect in the precise evaluation of the plastic strain value // Acoustics Letters,- 1994.- Vol. 17.- № 7.-P. 123-128.

22. A.c. 1805289 СССР. Способ определения пластической деформации материала / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Ф. Полевщиков // Опубл. в Б.И.- 1993. - № 12.

23. Патент 20255727 РосС.Ийская Федерация. Способ определения коэффициента нормальной анизотропии прокатных листовых материалов / В.Н. Серебрянный, В.В. Мишакин // Опубл. в бюл. -1992.- № 24.

24. Мишакин В.В., Сорокин СВ., Скудное В.А. Связь плотности катанного листового сплава Д19АТ с анизотропией упругих свойств // Электронная техника.

-1992.Серия 7, Вып 6(175) . - С. 45-47

25. Л.с. 1633292 СССР. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин // Опубл. в Б.И. - 1991. - № 9.

26. Мишакин В.В., Демедик С.Д. Акустический метод оценки поврежденности материалов // Дефектоскопия. - 1991. - № 9. - С. 93-95.

27. А.с. 1640555 СССР. Устройство для измерения затухания ультразвука / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Е. Калохтин // Опубл. в Б.И. - 1991. - №13.

28. А.с. 1663494 СССР. Способ определения пластической деформации материала/

B.В. Мишакин, А.Л. Углов. Б.Е. Попов // Опубл. в Б.И. - 1991. - № 26.

29. Калмыков Э.Б., Мишакин В.В., Серебрянный. В.Н. Ультразвуковой метод контроля параметров пластической анизотропии текстурованных листов из материалов с кубической С.Имметрией решетки // XI Всес. акустическая конференция: Тез. докл. Москва, 1991.- С. 63-66.

30. Мишакин В.В. Влияние поврежденности при малоцикловой усталости на скорость упругих волн // Физико-химическая механика материалов. - 1990. - №2. -

C. 83-85.

31. А.с.1559279 СССР. Способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле изделий / В.В .Мишакин, А.Л.Углов // Опубл. в Б.И.-1990.-№15.

32. А.с. 1516794 СССР. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин, А. Л. Углов, Б.Е. Попов // Опубл. в Б.И.-1989.- № 39.

33. Углов А..Л., Мишакин В.В., Попов Б.Е. Обнаружение усталостных повреждений акустическим методом // Дефектоскопия. - 1989. - № 11. - С. 60 - 64.

34. Гайдученя В.Ф. Калмыков Э.Б., Мишакин В.В., Скуднов В.А. Количественные параметры быстрой релаксации напряжений в гранулируемом высокопрочном алюминиевом сплаве // Физика металлов и металловедение.- 1988.- Т.65. - Вып.6.-С. 1186-1190.

35. А.с. 1376037 СССР. Способ контроля качества материала /В.В. Мишакин, А.Л. Углов, Э.Б. Калмыков // Опубл. в Б.И.-1988. - № 7.

36. Конюхов Б.А., Мишакин В.В., Перельман Б.С., Розенталь А.Е., Углов А.Л. К вопросу исследования накопления усталостных повреждений // Дефектоскопия. -1984.-№. 10.-С. 57-60.

37. А.с. 1024824 СССР Ультразвуковой преобразователь / Б.А. Конюхов, Н.М. Громогласов, В.В. Мишакин // Опубл. в Б.И. - 1983.-№23.

Подписано в печать 09.03.04. Формат 60 х 84 1/!6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 161.

Нижегородский государственный технический универС.Итет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

124846

Введение.

Глава 1. Изменение структурно-энергетического состояния металлических сплавов при пластическом и упругопластическом циклическом деформировании. Связь структурного состояния металлических сплавов с акустическими параметрами. Оценка механических характеристик металлов методом внедрения индентора.

1.1. Изменение структурно-энергетического состояния металлов и сплавов при пластическом и упругопластическом циклическом деформировании.

1.2. Связь структурного состояния металлических сплавов с акустическими характеристиками.

1.2.1. Влияние дислокационной структуры материала на акустические параметры.

1.2.2. Влияние микронесплошностей на акустические параметры материалов.

1.2.3. Влияние текстуры на скорость распространения упругих волн в поликристаллических материалах.

1.2.4. Влияние механических напряжений на скорость упругих волн.

1.3. Акустические методы контроля структурного состояния металлов и сплавов.

1.4. Выбор информативных акустических параметров для решения задачи оценки величины пластической деформации поликристаллических материалов.

1.5. Оценка механических характеристик материалов методом внедрения индентора.

1.6. Связь предельных деформаций тонколистовых металлов с характеристиками упрочнения и пластической анизотропией.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Разработка методов оценки величины пластической деформации, характеристик упрочнения и прочности металлических сплавов.

2.1. Моделирование влияния кристаллографической текстуры и поврежденности поликристаллических материалов при пластическом деформировании на скорость распространения упругих волн.

2.2 Метод прецизионного измерения величины пластической деформации.

2.3. Моделирование связи кинематических параметров ударного внедрения клинового индентора с характеристиками упрочнения материалов.

2.4. Алгоритм определения предельных деформаций текстурованных листовых материалов методом ударного внедрения индентора и акустическим методом.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Методика проведения измерений пластической деформации, характеристик упрочнения и предельной деформации акустическим методом и методом ударного внедрения индентора.

3.1. Измерение акустических параметров.

3.2 Установка для измерения характеристик упрочнения и прочности металлических сплавов методом ударного внедрения индентора. Ю

3.3. Исследуемые материалы.

3.4. Образцы, режимы нагружения.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Результаты исследования пластической деформации, прочностных характеристик металлических сплавов акустическим методом и методом ударного внедрения индентора.

4.1. Связь пластической деформации металлических сплавов с параметрами распространения упругих волн.

4.1.1. Исследование влияния пластического деформирования на параметры распространения упругих волн.

4.1.2 Прецизионная оценка пластической деформации в условиях действующих механических напряжений.

4.2. Оценка характеристик упрочнения и предельных деформаций листовых текстурованных сплавов.

4.3. Определение механических характеристик тонколистовых материалов методом ударного внедрения индентора.

Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Практическое применение результатов работы.

Выводы по пятой главе.

Для обеспечения надежности и эффективности объектов машиностроения необходима разработка новых и совершенствование существующих методов оценки прочности и пластичности материалов. Важную роль в этом направлении играют методы и средства неразрушающего контроля /НК/.

Одним из наиболее перспективных методов РЖ является ультразвуковой метод, широко используемый в промышленности для обнаружения различных макродефектов (макротрещин, инородных включений и т.д.), а также для тонких измерений по определению структурных параметров материала.

В последние годы все более возрастает интерес к работам, относящимся к ультразвуковым исследованиям материалов, подвергающихся пластическому деформированию и усталостному разрушению. Наиболее перспективные разработки в этом направлении относятся не к обнаружению усталостных макротрещин, которые могут определяться методами традиционной дефектоскопии, а к исследованиям, связанным со структурными процессами при пластическом и упругопластическом деформировании материалов, предшествующих образованию макротрещин. Эти процессы для некоторых материалов могут занимать более 90% их ресурса.

В настоящее время исследования конструкционных материалов, подвергающихся пластическому и упругопластическому циклическому деформированию, заключаются, как правило, в поиске корреляционных связей между параметрами распространения упругих волн /УВ/: скоростью распространения УВ, затуханием упругих волн /ЗУВ/, временем распространения УВ и величиной произведенной пластической деформации, а также параметрами усталостного нагружения.

Исключительно сложный процесс изменения структурно-энергетического состояния поликристаллических материалов при пластическом деформировании, многообразие факторов, действующих на параметры распространения УВ в поликристаллических материалах, не дают возможности до настоящего времени построить теорию, позволяющую количественно оценивать структурные изменения в материалах во всем их многообразии с помощью параметров распространения УВ. Особенно это касается поликристаллических материалов, обладающих анизотропией физических свойств, к которым относятся текстурованные сплавы. Тем не менее, существующие теоретические и экспериментальные работы по распространению УВ в поликристаллических материалах, обладающих преимущественной ориентировкойей кристаллов, могут служить основой для построения алгоритма оценки величины деформации текстурованных сплавов.

Значительной проблемой является оценка величин произведенной пластической деформации методами НК в условиях действующих механических напряжений, возникающих в материале в процессе монтажа или эксплуатации. Существующие алгоритмы по измерению величины пластической деформации акустическим методом не пригодны для ее определения в напряженном состоянии материала. Наличие упругих напряжений может привести к резкому снижению точности ее измерения или сделать эту оценку невозможной. Развернутые к настоящему времени работы по изучению акустоупругости могут быть основой для разделения вклада пластической деформации и напряженного состояния на акустические параметры и разработки метода измерения величины пластической деформации материала в присутствии напряжений.

Применение акустического метода для задачи оценки величины пластической деформации определяется его надежностью, низкой стоимостью, возможностью измерения акустических параметров непосредственно на объекте. Однако использование упругих волн не может дать исчерпывающую характеристику пластических свойств поликристаллических материалов. Для этого материал необходимо подвергать испытаниям, связанным с переходом материала из упругой области в упругопластическую и пластическую. Одним из перспективных решений этой задачи является применение метода ударного внедрения индентора. Этот метод обладает рядом достоинств, например, можно получить информацию о реакции материала на силовое воздействие непосредственно на конструкции, он оперативен и удобен в работе.

Из вышеизложенного следует, что задача разработки методов и технических средств для определения состояния материалов, позволяющих быстро и точно оценивать их фактическое состояние, является актуальной проблемой и представляет значительный интерес. Особый интерес вызывает применение физических методов для оценки усталостной долговечности материала.

Основная часть исследований по выявлению закономерностей поведения акустических параметров при усталостном нагружении проводилась в области многоцикловой усталости, где практически не происходит накоплений пластической деформации и изменение акустических параметров связывают с монотонным накоплением поврежденности в виде микропор, микротрещин до критической концентрации, достижение которой является условием разрушения контролируемого объема материала.

В области малоцикловой усталости /МЦУ/ из-за ее особенностей исследования имели ограниченный характер. Специфика исследований в этом случае заключается в следующем: в области МЦУ поврежденность изделий определяется значительными макропластическими деформациями, предшествующими усталостному разрушению контролируемого материала. Односторонне накопленная деформация в процессе МЦУ ведет к изменению свойств материала, в том числе и акустической анизотропии. Высокие нагрузки, характерные для малоцикловой усталости, приводят к сильным структурно-энергетическим изменениям материала элементов конструкций с первых циклов нагружения, что находит свое отражение в более сложном поведении измеряемых информативных параметров в отличие от поведения материалов при многоцикловой усталости.

Возможности НК с использованием параметров распространения УВ позволяют получить оперативную информацию об изменении состояния материала на ранних стадиях его усталостного нагружения. При решении задачи оценки состояния элементов конструкций при пластическом деформировании и непосредственно в процессе циклического нагружения возникают определенные трудности, связанные с действием значительных динамических напряжений и изменений геометрических размеров исследуемых объектов на акустические параметры. Для решения этих задач измерительная акустическая аппаратура, используемая при оценке состояния пластически и упругопластически деформируемых элементов конструкций, требует доработки. Другой важнейшей задачей является оценка предельных механических характеристик сплавов, в том числе предельных деформаций. Особенно это актуально при массовом производстве, например, при штамповке различных изделий, машиностроения или определении ресурса пластичности изделий подвергаемых силовому нагружению. Из этого следует, что задача разработки методов и технических средств для определения характеристик материалов, позволяющих быстро и точно оценивать их фактическое состояние, является актуальной проблемой и представляет значительный интерес.

Целью диссертационной работы является разработка методов и устройств для определения текущих и предельных пластических деформаций, характеристик прочности и пластичности поликристаллических материалов на основе измерения параметров распространения упругих волн и характеристик ударного внедрения индентора.

Для реализации цели в работе были поставлены следующие задачи:

- моделирование влияния текстуры и поврежденности при пластическом деформировании поликристаллических материалов с кубической симметрией решетки на их упругие свойства и скорость распространения упругих волн; экспериментальное исследование влияния пластического деформирования на акустические параметры металлических текстурованных сплавов;

-разработка структурно-чувствительного метода прецизионного измерения величины пластической деформации металлических сплавов, находящихся в напряженном состоянии; разработка устройств для измерения параметров распространения упругих волн в материалах, подвергаемых силовому нагружению; автоматизация процесса ультразвуковых измерений;

-выявление связи характеристик упрочнения металлических сплавов с кинематическими параметрами ударного внедрения индентора;

-разработка метода определения характеристик упрочнения тонколистовых металлов путем ударного внедрения индентора, регистрации и обработки кинематических параметров его погружения;

-разработка метода и устройства для оценки механических характеристик тонколистовых текстурованных сплавов с помощью ударного внедрения индентора. Проведение экспериментальных исследований механических свойств испытуемых материалов путем ударного внедрения индентора;

-разработка алгоритма оценки предельных деформаций тонколистовых материалов на основе измерения характеристик ударного внедрения индентора и определения акустических параметров исследуемых сплавов.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании разработанной математической модели распространения упругих волн в поликристаллических материалах, подвергаемых пластическому деформированию, показано, что в процессе формирования текстуры деформации происходит активное изменение параметра акустической анизотропии материала и скоростей упругих волн. Упрочнение металлов вследствие торможения дислокаций у барьеров, в качестве которых могут быть границы зерен, вторые фазы и т.д., а также процесс разрушения барьеров существенно влияют на формирование текстуры материала и на скорости распространения упругих волн. Расчеты показали, что влияние текстуры и разуплотнения материала при образовании микропор, микротрещин на скорость упругих волн соизмеримы, и это влияние необходимо учитывать при расчете упругих модулей и скоростей упругих волн. Теоретически доказано, что наличие структурной неоднородности в виде локального повышения концентрации дислокаций приводит к развитию неоднородности упругих характеристик и акустической анизотропии.

2. Впервые предложен и экспериментально подтверждён акустический метод оценки величины пластической деформации металлических сплавов, находящихся в напряженном состоянии. Метод позволил проводить прецизионные измерения величины пластической деформации материалов и элементов конструкции, подвергаемых статическому и усталостному нагружению. Это дает возможность исследовать плоские элементы конструкций при одностороннем доступе к ним. К таким конструкциям относятся, например, силовые элементы, имеющие плоскопараллельные грани -швеллеры, уголки, тавры, двутавры, листовые материалы для обшивки корпуса судна и другие. Метод использован для определения величины пластической деформации элементов каркаса кузова автомобиля «ЛИАЗ-5556», поперечины рамы автомобиля «ЗИЛ 44-21», подмоторной поперечины автомобиля «ГАЗель», а также листовых материалов на основе железа и алюминия, подвергаемых статическому и усталостному нагружению. Экспериментальная оценка величины пластического деформирования сплавов, находящихся в напряженном состоянии, с помощью предложенного метода показала его высокую эффективность.

3. Установлены закономерности влияния пластической деформации на акустические параметры, характеризующие структурное состояние исследуемых сплавов. Для ряда материалов (Д16, Д19, 09Г2С, сталь 20, 08пс) усредненная по контролируемым зонам величина акустической анизотропии А2 монотонно изменяется в широком диапазоне пластической деформации.

Полученные статистические характеристики распределения неоднородности акустической анизотропии и ее изменения позволили количественно оценивать величину произведенной пластической деформации.

4. Разработана и опробована оригинальная акустическая аппаратура, защищенная рядом авторских свидетельств. Используемые в ней принципы позволили осуществлять прецизионное измерение величины пластической деформации как при статическом, так и при усталостном нагружении в лабораторных и заводских условиях.

5. Разработаны метод и устройство для определения параметров упрочнения тонколистовых материалов путем ударного внедрения индентора.

6. Разработан алгоритм оценки предельных деформаций тонколистовых материалов с использованием акустических измерений и измерения кинематических характеристик ударного внедрения индентора. Алгоритм позволяет оперативно строить диаграммы предельных деформаций.

7. Разработаны и внедрены новый метод и устройство для оценки механических параметров тонколистовых текстурованных материалов путем ударного внедрения индентора. Исследовались тонколистовые материалы 08Ю, 08кп, 08ЮПР, 08ГСЮТ, 08ГСЮФ, широко используемые для изготовления штампованных кузовов автомобилей. Разработанный метод позволяет осуществлять экспресс-контроль листа (время измерения около двух минут) по основным механическим параметрам: пределу прочности, пределу текучести, относительному удлинению, показателю деформационного упрочнения и твердости. Метод позволил определить распределение механических параметров по площади контролируемого материала, оценить его неоднородность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния процесса деформирования на структурное состояние поликристаллических сплавов и изменение их акустических характеристик.

Разработаны метод и устройство для прецизионной оценки величины пластической деформации материалов, находящихся в напряженном состоянии. Метод позволяет отделять упругую составляющую деформации от пластической.

Разработаны методы и устройство для определения параметров упрочнения и измерения характеристик прочности металлических тонколистовых сплавов на основе измерения параметров ударного внедрения индентора.

Разработан алгоритм определения предельных деформаций текстурованных поликристаллических материалов с использованием показателя деформационного упрочнения и неоднородности его распределения, измеренных путем ударного внедрения индентора, и параметров пластической анизотропии, рассчитанных по данным акустических исследований.

Полученные результаты помогают решать важную задачу определения фактического состояния материалов и элементов конструкций, подвергаемых силовому нагружению.

1. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.:Мир, 1984. - 624 с.

2. Серенсен С.В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению. М.: Атомиздат, 1975. - 192 с.

3. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

4. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976.-526 с.

5. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. Киев.: Наука, думка, 1981. - 344 с.

6. Голыитейн М.И., Литвинов B.C., Брофин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов. М.: Металлургия, 1986. - 321 с.

7. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. — 376 с.

8. Терентьев В.Ф., Билы М. К вопросу о построении полной кривой усталости: Сообщение I // Проблемы прочности 1972. -№ 6 - С. 12-17

9. Bunge Н., Grzesik, D., Ahrudt, G., Shulze M. The Relation Between Preferred Orientation and the Lankford Parameter r of Plastic Anisotropy //Arch. Eisenhuttenwes.-1982. Vol. 52. - № 10. - P. 407-411.

10. Bunge H., Technological Applications of Texture Analysis // Proceeding of the International Conference of Materials ICTOM 7.- 1984. Sept. P. 457-470.

11. Bunge H., Roberts W. Orientation Distribution, Elastic and Plastic Anisotropy in Stabilized Steel Sheet // J. Appl. Cryst. 1969. - № 2. - P. 116-128.

12. Sayers С. M. Ultrasonic velocities in anisotropic polycrystalline aggregates // Appl. Phys. 1982. - V. 15. - P. 2157-2167.

13. Allen, D., and Sayers, C. The Measurement of Residual Stress in Textured Steel Using an Ultrasonic Velocity Combinations Technique // Ultrasonics.- 1984. V. 22,- P. 179-188.

14. Hirao M., Aoki K., Fukuoka K. Texture of potycrystallyne metals characterized by ultrasonic velocity measurements // J. Acoust. Soc. Am. — 1987,- №81(5) May.-P. 1434-1440.

15. Thompson R.B., Lee S.S., Smith J.F. // Ultrasonics. 1987. - V. 25. -P. 133-137.

16. Бетехтин В.И., Владимиров В.И., Кадомец А.Г., Петров А.И. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел: Сообщение 1. Деформация и развитие микротрещин. // Пробл. прочности. 1979. - № 7. - С. 38-45.

17. Бетехтин В.И., Владимиров В.И., Кадомец А.Г., Петров А.И. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел: Сообщение 2. Деформация и развитие микротрещин. // Пробл. Прочности. 1979. - № 8. - С.51-57.

18. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966.

19. Качанов JI.M. Теория ползучести. М.: Физматгиз, 1960.

20. Новожилов В.В. О пластическом разрыхлении. // ПММ. 1965. -Т.29. - Вып.4.- С. 45-50.

21. Бетехтин В.И., Владимиров В.И., Кадомец А.Г., Петров А.И. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел: Сообщение 3. Роль деформации в торможении разрушения. // Пробл. прочности. 1979. - № 9. - С. 3-9.

22. Афанасьев Н.Н. Статическая теория усталостной прочности металлов. Киев: Изд-во АН УССР, 1953.

23. Волков В.М. Феноменологическая теория разрыхления и разрушения металлов.// Прикладные проблемы прочности и пластичности. 1978. - Вып. 9. - С. 26-34

24. Волков В.М. Об учете остаточной дилатации металлов в теории пластичности и ползучести. // Прикладные проблемы прочности и пластичности. 1977. - Вып. 7. - С. 24-28.

25. Мовчан А.А. Феноменологическое описание дислокационного механизма накопления рассеянных повреждений при пластическом деформировании. Москва, 1984. - 25 с. - Деп. в ВИНИТИ, 1984, №7724-84.

26. Наймарк О.Б., Давыдова М.М. О статической термодинамике твердых тел с микротрещинами и автомодельность усталостного разрушения. //Проблемы прочности. 1986. - № 1. - С. 91-95.

27. Наймарк О.Б. О деформационных свойствах и кинетике разрушения полимеров с микротрещинами // Механика композит, материалов. 1981. - № 1. - С. 16-22.

28. Шетулов Д.И. К оценке сопротивления усталости металлов по повреждению поверхностных аномальных слоев // Физико-химическая механика материалов. 1984. - № 6. - С. 177.

29. Шетулов Д.И., Андреев В.В. Прогнозирование долговечности деталей машин по нестандартным физико-химическим параметрам конструкционных материалов // Изв. РАН. Металлы. 1998. - №3. С.55-59

30. Гуслякова Г.П. Пластическая обработка металлов и сварных соединений с целью повышения долговечности изделий, НТО, ЦП НТО Машпром, 1987. 41 с.

31. Ботвина JI.P., Баренблатт Г.И. Автомодельность накопления повреждаемости. // Пробл. прочности. 1985. - № 12. - С. 17-24.

32. Баренблатт Г.И., Ботвина Л.Р. Методы подобия в механике и физике разрушения // ФММ. 1986. - Т.22. - № 1. - С. 57-61.

33. Мосолов А.Б., Линариев О.Ю. Автомодельность и фрактальная геометрия разрушения // Пробл. прочности. 1988. - № 1. - С. 3-7.

34. Итальянцев Ю.Ф. К вопросу термодинамического состояния деформируемых твердых тел: Сообщение 1. Определение локальных функций состояния.//Пробл. прочности. 1984. - № 2. - С.74-76.

35. Федоров В.В. Термоактивационный процесс пластической деформации и разрушения материалов.- Ташкент, 1983.-Деп. в ВИНИТИ 24.06.83, № 3909-83.

36. Регель В.,Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.В. УФИ, 106.- 1972.-Вып. 2.-С. 193-222.

37. Термические активированные процессы в кристаллах / Сб. переводов под ред. А.Н. Орлова. М.: Мир. - 209 с.

38. Журков С.Н. Дилатонный механизм прочности твердых тел // ФТТ. 1983.- Т.25. -Вып. 10,- С. 3319-3122.

39. Федоров В.В. Эргодинамика и синергетика деформируемых тел // Физико-химическая механика материалов.-1988. Т. 24. №1. С. 32-36.

40. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. М.: Мир, 1972. - 308 с.

41. Внутреннее трение и дефекты в металлах./ Под ред. B.C. Постникова М.: Металлургия, 1965. - 196 с.

42. Лоте Д. Аспекты теорий подвижности дислокаций и внутреннего трения / Ультразвуковые методы исследования дислокаций. М.: Изд-во иностр. литературы, 1963. - С.119-133.

43. Постников B.C. Внутреннее трение в металлах. М.: Металлургия, 1969.-322 с.

44. Гранато А., Люкке К. Дислокационная теория поглощения. Ультразвуковые методы исследования дислокаций. М.: Иностранная литература, 1963. - С.27-57.

45. Шермегор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. - 399 с.

46. Конюхов Б.А., Перельман Б.С., Углов А.Л., Унылов В.И. О связи параметров распространения упругих волн с характеристиками длительной прочности конструкционных материалов.// Пробл. прочности. 1982. - № 9. - С. 49-51.

47. Муравьев В.В. Взаимосвязь скорости ультразвука в сталях с режимами их термической обработки // Дефектоскопия. 1989. - № 2. -С. 66-68.

48. Абаренкова С.П., Гусева Е.К., Доливо-Добровольская Г.И., Титов С.В. Акустический метод изучения микровключений и внутренних напряжений в монокристаллах ферритов // Дефектоскопия. 1989. - № 1,-С. 81-88.

49. Бречко Т.М. Микронапряжения при деформационном упрочнении поликристаллов // Пробл. прочности. 1988. - №2. - С. 54-57.

50. Криштал М.А., Лепин Г.Ф. Исследование повреждатемости металлов путем измерения упругих, неупругих и других физико-механических характеристик // Пробл. прочности. 1978. - № 8.1. С. 40-46.

51. Завьялова Н.С. Блашов З.И., Введенская Е.К. Ультразвуковой контроль неоднородностей структуры слитков алюминиевых сплавов //

52. VIII Всесоюзн. науч. тех. конф. по неразрушащим физическим методам и средствам контроля. Кишинев, 1977. - С. 314-317.

53. Rose James Н. Ultrasonic characterization of porosity: theory quant. Nondestruct. Eval. Proc. // Annu. Rev. Progr. Quant Nondestruct. Eval. San Diego, Calif., 8-13 July. - 1984. - V.48. - P.909-917.

54. Wang Shaio-Wen. Ultrasonic determination of porosity in cast aluminum. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. Proc. // Annu. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval., Sandiego, Calif., 8-13 July. - 1984. -V.48-P. 919-925.

55. Завьялова H.C., Рохлин Л.Л. Использование метода затухания ультразвука для определения пористости слитков алюминиевых сплавов // Заводская лаборатория. 1974. - № 4. - С. 417-419.

56. Вишнякова Я.О. Теория образования текстур в металлах и сплавах. -М.: Наука, 1979.

57. Воробьев В.А., Вайншток И.И., Лернер B.C. Ультразвуковой метод измерения деформации металлов // Дефектоскопия.- 1981.-№4. С. 46-49.

58. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.

59. Вассерман A.M., Данилкин В.А., Коробов О.С., и др. Методы контроля и исследования легких сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1985. - 510 с.

60. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

61. Метода неразрушающих испытаний. Физические основы, практические применения, перспективы развития. / Под редакцией Л.Г. Дубицкого. М. : Мир, 1972. - 496 с.

62. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

63. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. М.: Изд-во стандартов, 1970. - 240 с.

64. Быстров В.Ф., Гузовский В.В., Золотов В.Ф., Никитина Н.Е. Влияние технологической обработки высокопрочной стали на коэффициенты упруго-акустической связи // Дефектоскопия. 1986. -№ 7. - С.92-93.

65. Никитина Н.Е. Определение плоского напряженного состояния конструкционных материалов с помощью объемных упругих волн // Дефектоскопия. 1999. - № 1. - С. 48-55.

66. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Изд. "Наука", 1966.

67. Бойко B.C., Кривенко Л.Ф. Исследование акустической эмиссии, сопровождающей элементарные акты пластической деформации и разрушения твердых тел // Физика твердого тела. 1988. - Т.30. - № 3. С. 716-723.

68. Безверхий В.Ф., Бырин В.Н. О возможности прогнозирования ресурса металлических конструкций по параметрам сигнала АЭ // Дефектоскопия. 1999. - №7. - с. 15-24.

69. Буденков Г.А., Недзвездецкая О.В., Сергеев В.И., Злобин Д.В. Оценка возможностей метода акустической эмиссии при контроле магистральных трубопроводов // Дефектоскопия. 2000. - №2. - С. BIBS.

70. Дробот Ю.Б., Грешников В.А. Акустическая эмиссия М.: Издательство стандартов, 1976. 272 с.

71. Неразрушающий контроль металлов и изделий: Справочник / Под ред. Г. С. Самойловича. М.: Машиностроение, 1976. - 456 с.

72. Ультразвук: Мал. энциклопедия /Глав. ред. И.Н Голямина. М.: Сов. энциклопедия, 1979. - 400 с.

73. Гребенщик B.C. Сопоставление электропотенциального и ультразвукового методов изучения трещинообразования при разрушении стальных образцов. // Дефектоскопия. 1980. - № 1. - С. 21-31.

74. Углов A.JI. Разработка метода прогнозирования индивидуальной долговечности и остаточного ресурса плоских элементов конструкций с использованием спектральных акустических измерений. // Автореферат канд.дис. Горький , 1986. - 24 с.

75. Нигул У.К. Нелинейная акустодиагностика. JL: Судостроение, 1981.-252 с.

76. Ковалев А.Я., Возный Т.С. Метод генерации акустических гармоник в исследованиях усталости металлов. // Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагружения.- Киев: Наукова думка, 1983.- С. 315-319.

77. Безымянный Ю.Г., Гришаков С.В., Ковалев А.И. и др. Исследование возможностей метода магнитоакустических шумов для контроля усталости никеля // Эффект Баркгаузена и его использование в технике. Калинин, 1981.-С. 152-156.

78. Шерештиков А.С., Рудаков А.С., Модифицированный термоупругий коэффициент // Республ. межвед. науч.-технич. сб. -1987. Вып. 22.-С. 49-54.

79. Бакиров М.Б., Потапов В.В. Феноменологическая методика определения механических свойств корпусных сталей ВВЭР по диаграмме вдавливания шарового индентора // Заводская лаборатория. 2000. - Т.66 - № 12. - С. 35-44.

80. Марковец М.П. Определение механических свойств материалов по твердости. — М.: Машиностроение, 1979. 191 с.

81. Дель Г. Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1977. - 190 с.

82. Прокопенко А.В., В.Н. Торгов Поверхностные свойства и предел выносливости металла: Сообщение 1. Зависимость предела текучести от глубины слоя // Проблемы прочности. 1986. - № 4. - С. 28-34.

83. Степанов Г.В., Ващенко А.П. Определение коэффициента вязкости алюминиевого сплава Д16 при внедрении конуса // Проблемы прочности. 1984. - № 10. - С. 109-113.

84. Hasek V., Metzger P. Usefulness of the theories of necking and inhomogeneity of the material in the description of the Forming Limit Diagram // Sheet Metal Ind. 1977. - V. 54. - № 9. - P. 846-847.

85. Томленов А. Д, Теория пластического деформирования металлов. -М.: Металлургия, 1972. 408 с.

86. Новые методы исследования текстуры поликристаллических материалов / Под ред. И.И. Папирова. М. : Металлургия, 1985. 221 с.

87. Мишакин В.В. Модель поврежденности текстурованных металлических сплавов при пластическом деформировании // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999.- № 2.- С. 7076.

88. Фелтам П. Деформация и прочность материалов. М.: Металлургия, 1968.- 120с.

89. Mishakin V.V. and Serebryany V.N., Application of the acoustoelastic effect in the precise evaluation of the plastic strain value // Acoustics Letters.- 1994.- Vol. 17.-№7,-P. 123-128.

90. A.c. 1805289 СССР. Способ определения пластической деформации материала / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Ф. Полевщиков // Опубл. вБ.И.- 1993. -№ 12.

91. А.с. 1663494 СССР. Способ определения пластической деформации материала / В.В. Мишакин, A.JI. Углов. Б.Е. Попов // Опубл. в Б.И. -1991. -№26.

92. Никитина Н.Е. Акустоупругость и контроль напряжений в элементах машин. РАН. Горьковский ф-л института машиноведения. -Н. Новгород.-1990. 19 с. Препринт.

93. Скуднов. В.А. Предельные пластические деформации металлов. -М.: Металлургия, 1989. — 176 с.

94. Гузь А.Н., Гуща С.И., Махорт В.Г. Введение в акустоупругость. -Киев: Наукова думка, 1977.-207 с.

95. Анисимов В.А., Куценко А.Н., Шереметиков А.С. Анализ методической погрешности при ультразвуковом контроле напряженного состояния элементов конструкций.// Дефектоскопия. -1987. -№ 6. С. 93-94.

96. Беленький Д. М., Бескопыльный А. Н., Варнези Н. Л., Шамраев Л. Г. Новый подход к определению прочности стыкового сварного соединения // Заводская лаборатория. 1996. - Т.62. - № 8. - С. 47 - 51.

97. Беленький Д. М., Кубарев А. Е., Элькин А.И. и др. Контроль и сертификация механических свойств металлопроката // Заводская лаборатория. 1992. - Т. 58. - № 2. - С. 47 - 49.

98. Беленький Д. М., Варнези Н. Л. Первый опыт определения вектора механических свойств металла в сварном соединении // Заводская лаборатория. 1996. - Т.62. - № 5. - С. 42-45.

99. Беленький Д. М., Бескопыльный А. Н. Обеспечение прочности материала металлопроката. / Заводская лаборатория. 1994. Т. 60. № 8, с.47 50.

100. Беленький Д. М., Бескопыльный А. Н., Шамраев Л. Г. К определению технологических и эксплуатационных свойств стали // Заводская лаборатория. 1998. - Т. 64. - № 5. - С. 52 - 55.

101. Артемьев Ю.Г. Контактный динамический метод и прибор контроля твердости металлов и сплавов // Заводская лаборатория. -1989. Т.55. - № 12. - С. 79 - 83.

102. Артемьев Ю.Г. Контактный динамический метод контроля твердости с использованием индентора пирамидальной формы // Заводская лаборатория. 1998. - Т. 64. - № 5. С. 48 - 51.

103. Смирнов С.В., Смирнов В.К., Солошенко А.Н, Швейкин В.П. Определение сопротивления деформации по результатам внедренияконического индентора // Кузнечно-штамповочное производства. — 2000. -№ 12. С. 3-6.

104. Мишакин В.В., Цой Г.М. Моделирование связи кинематических параметров ударного внедрения клинового индентора с параметрами упрочнения материала // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003.- Т. 69 - № 2. - С. 55-58.

105. Патент 2145071 Российская Федерация. Способ определения механических характеристик материалов и устройство для его осуществления /В.В. Мишакин, В.Н. Литовченко, А.А. Борисов // Опубл. в бюл. 2000,- № 3.

106. Томленов А. Д. Элементы теории пластичности и расчеты течения металлов в процессах холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1974.-64 с.

107. Аверкиев А. Ю. Методы оценки штампуемости листового металла. М.: Машиностроение, 1985. - 176 с.

108. Аверкиев А. Ю. Тенденция развития методов оценки штампуемости листового проката// Кузнечно-штамповочное производствоШП. 1991. № 5. С. 55-58.

109. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. -М.: Машиностроение, 1989. 304 с.

110. Maciniak Z., Kuczynski К., Porora F. Influence of the Plastike Properties of a Material on the Forming Limit Deagram for Sheet Material in Tension // Journal Mach. Sci. 1973. - Vol. 15. - P. 789-805.

111. Melander A. A new Model of the Forming Limit Diagram applied to Experiments on Foor Copper Base Alloys // Materials Science and Enginering. 1983. - V. 58. - №3. - P. 63-68.

112. Дель Г.П., Осипов В.П. Предельные деформации при формообразовании деталей из листа // Изв. вузов. Авиационная техника. 1987. № 6. - С. 27-33.

113. Дель Г.Д., Осипов В.П., Ратова Н.В., Корольков В.И. Диаграммы предельных деформаций листовых материалов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1990. - №4. - С. 81-87.

114. Дель Г.Д., Осипов В.П., Ратова Н.В. Предельные деформации листовых заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. -1988. №2.-С. 25-55.

115. Шульга С.А., Аверкиев А.Ю. Автоматизированное построение диаграмм предельных деформаций листового металла // Кузнечно-штамповочное производство. 1992. - №5. - С. 18-21.

116. Петров С.Ю., Пичков С.Н. Перспективы развития акустического проектирования оборудования атомной энергетики// Труды Нижегородской акустической сессии: Сборник научных трудов под ред. Гурбатова С.Н. Н. Новгород: ТАЛАМ. 2002,- С 206-208.

117. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов: Справочник. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1980. - 247 с.

118. Патент 2069841 Российская Федерация. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Ф. Полевщиков // Опубл. в бюл. -1996,- № 33.

119. Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник. М.: Металлургия, 1984. - 528 с.

120. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. М.: Машиностроение, 1981,- 391 е.

121. Рациональный выбор и внедрение холоднокатаного листового проката различных уровней прочности. Проект руководящего материала, ПРД 37.053.011-70., НИИАТМ, М., 1989. 146 с.

122. V.V. Mishakin, The influence of the process of plastic deformation and damage of polycrystalline materials on the effect of acoustoelasticity // Abstracts IUTAM Symposium on nonlinear analysis of fracture, Cambrige.-1995 .

123. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука - Сиб. Отделение, 1985.- 230 с.

124. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. Структурные уровни деформации и разрушения.- Новосибирск: Наука Сиб. Отделение, 1990.- 255 с.

125. Dewhurst P., Boothroyd G., Stretch forming of sheet metal: a mechanism of deformation involving diffuse neck interaction // CIRP Ann.-1981.-V. 30. -№ 1. -P. 185-188.

126. Ерофеев В.И. Волновые процессы в твердых телах с микроструктурой. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1999. - 328 с.

127. Mishakin V.V. Research on the connection between the acoustic parameters of Polycrystalline alloys, their plastic characteristics and structural damage//Acoustics Letters.- 1996.-Vol. 19,-№ 10.- P. 192-196.

128. Конюхов Б.А., Мишакин B.B., Перельман B.C., Розенталь A.E., Углов A.Jl. К вопросу исследования накопления усталостных повреждений // Дефектоскопия. 1984. - №. 10. - С. 57-60.

129. Углов А.Л., Мишакин В.В., Попов Б.Е. Обнаружение усталостных повреждений акустическим методом // Дефектоскопия. 1989. - № 11.-С. 60-64.

130. Мишакин В.В., Демедик С.Д. Акустический метод оценки поврежденности материалов // Дефектоскопия. 1991. - № 9. - С. 93-95.

131. Мишакин В.В. Влияние поврежденности при малоцикловой усталости на скорость упругих волн // Физико-химическая механика материалов. 1990. - №2. - С. 83-85.

132. Гайдученя В.Ф. Калмыков Э.Б., Мишакин В.В., Скуднов В.А. Количественные параметры быстрой релаксации напряжений в гранулируемом высокопрочном алюминиевом сплаве // Физика металлов и металловедение.- 1988.- Т.65. Вып.6.- С. 1186-1190.

133. А.с. 1516794 СССР. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин, A. JI. Углов, Б.Е. Попов // Опубл. в Б.И.-1989,-№39.

134. А.с. 1633292 СССР. Устройство для измерения скорости ультразвука / В.В. Мишакин // Опубл. в Б.И. 1991. - № 9.

135. А.с. 1376037 СССР. Способ контроля качества материала /В.В. Мишакин, A.J1. Углов, Э.Б. Калмыков // Опубл. в Б.И.- 1988. № 7.

136. А.с. 1024824 СССР Ультразвуковой преобразователь / Б.А. Конюхов, Н.М. Громогласов, В.В. Мишакин // Опубл. в Б.И. 1983.-№23.

137. А.с. 1559279 СССР. Способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле изделий / В.В.Мишакин, А.Л.Углов // Опубл. в Б.И.- 1990.- №15.

138. А.с. 1640555 СССР. Устройство для измерения затухания ультразвука / В.В. Мишакин, С.Д. Демидик, А.Е. Калохтин // Опубл. в Б.И. 1991. -№13.

139. Патент 20255727 Российская Федерация. Способ определения коэффициента нормальной анизотропии прокатных листовых материалов / В.Н. Серебряный, В.В. Мишакин // Опубл. в бюл. -1992.-№24.

140. Мишакин В.В Исследование поврежденности текстурированных металлических сплавов // Нелинейная акустика твердого тела: Сборник трудов 8-ой сессии Российского акустического общества. Н. Новгород, 1998,-С. 251-256.

141. Скуднов В.А., Мишакин В.В., Литовченко В.Н. Определение предельных механических характеристик материалов методом внедрения индентора // Физические технологии в машиноведении: Сборник научных трудов.- НГТУ; Н. Новгород, 1998.- С. 92 96.

142. Мишакин В.В., Гусев Ю.Б., Дубовов Д.А. Расчет диаграмм предельных деформаций листового материала // Материаловедение и высокотемпературные технологии: Сборник научных трудов,- НГТУ; Н. Новгород, 2000. Вып.2.- С. 162-166.

143. Кошелев О.С., Костылев А.В., Мишакин В.В. Цой Г.М. Упрочнение материала при динамическом внедрении клинового индентора // Известия АИН РФ.-2001.-Ю6. Том- С. 126-135.

144. Мишакин В.В. Использование метода ударного внедрения индентора для оценки параметров упрочнения листовых металлов // Вторая научно-техническая конференция, посвященная 15-летию Нф ИМАШ РАН: Тез. докл. Н. Новгород, 2001,- С. 65.

145. Гусев Ю.Б., Косоногова С.А., Мишакин В.В. Микрогеометрия поверхности листа и качество окрашенного кузова автомобиля // Автомобильная промышленность. -2002.- № 7. С. 29.

146. Мишакин В.В., Кажаев В.В., Наумов М.Ю. Совместное использование метода ударного внедрения индентора и метода акустической анизотропии для оценки усталостной поврежденности металла// Дефектоскопия.-2002.- № 9,- С. 39-45.

147. Скуднов В.А., Мишакин В.В., Углов А.Л., Гайдученя В.Ф. Оценка повреждаемости и остаточного ресурса пластичности спектрально-акустическим методом. // Обработка металлов давлением: Межвуз.сб. -Свердловск: УПИ им. С.М. Кирова, 1987. Вып.8. - С. 51-57.

148. Мишакин В.В., Сорокин С.В., Скуднов В.А. Связь плотности катанного листового сплава Д19АТ с анизотропией упругих свойств // Электронная техника. -1992.Серия 7, Вып. 6 С. 45-47

149. Казаков Д.А., Капустин С.А., Коротких Ю.Г. Моделированиепроцессов деформирования и разрушения материалов и конструкций.-Н.Новгород: Изд. Нижегородского университета, 1999. 226 с.

150. Коротких Ю.Г., Волков И.А., Кирилов А.Ф. Основы теории надежности и безопасности инженерных объектов. -Н. Новгород: Волжская гос. академия водного транспорта,- 1999. 179 с.

151. Булычев С.И. Испытания материалов непрерывным вдавливанием индентора. М. Машиностроение, 1990. - 224 с.

152. Смирнов С.И., Смирнов В.К., Солошенко А.Н., Швейкин В.П. Определение сопротивления деформации по результатам внедрения конического индентора // Кузнечно-штамповочное производство.2000.-№3.-С. 3-6.

153. Никитина Н.Е. Акустоупругость и контроль напряжений в элементах машин. РАН. Горьковский ф-л института машиноведения.-Н. Новгород.-1999. 179 с. Препринт.

154. Сталь 08ЮIIOGB 1.2x1200x3450 мм АО "Северсталь" 202059 49897 12864 18000

155. Сталь ()8Ю It ОСВ 1,2x1360x2200 мм АО "Северсталь" 102373 510615 13573 6400

156. Сталь 08 Ю.ПОСВ 1,2х 1360x2200 мм АО "Ссвсрсталь" 202371 410751 14008 6400

157. Сталь C8IO II OCI3 1,5x1120x1950 мм АО "Северсталь" 102041 49317 12418 18100

158. Сталь 0Ш 11 ОСП 1,5x1200x2250 мм АО "Ссвсрсталь" 201586 47429 10180 63501. ИТОГО: 55250

159. Учитывая экспериментально подтвержденную невозможность получения качественных деталей, получаемых глубокой вытяжкой, из указанного металла с отклонениями механических свойств, по имеющейся в настоящее время в ОАОгяб

160. ГАЗ" практике он был использован для изготовления менее сложных детален, закрепленных за этим же типоразмером металла, и конструкция которых не требует применения металла с высокой штампуемостъю.

161. Долы авторов в достигнутой экономической эффективности составляют по 33%1. С.Б.Климычев В.В.Красный1. М.И.Жукова1. А,А.Борисов1. Главный технолог н1. Главный инженер У

162. Начальник БТК отдела листового проката

163. Начальник ЦЗЛ штампованных деталей1. АКТ

164. Об использовании результатов диссертационной работы1. Мишакина В.В.

165. Ожидаемый экономический эффект от внедрения методики и приборного обеспечения разработанных Мишакиным В.В. составляет 500000 рублей в год.

166. Начальник отдела механических испытаний1. Е.Л. Бычков.1. АКТ

167. Об использовании результатов диссертационной работы старшего научного сотрудника Гф ЭДИИШАШ Шишкина В.В.

168. Ожидаемый экономический эффект от использованных в указанном хоздоговоре разработок тов. Мишакина В.Ь. соотавит восемьдесят тысяч рублей (80000руб.) в год.1. Члены комисоии;1. Осокин В. А.

169. Калмыков З.В, „ Панкратьев В.И.