blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-6-443-450blackmet-1096Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОЦЕНКА ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН НА ОСНОВЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИ ОРГАНИЗОВАННЫХ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИSTRENGTH PROPERTIES EVALUATION OF MATERIALS OF TECHNOLOGICAL MACHINES ELEMENTS BASED ON THE SYNERGETICALLY ORGANIZED SIGNALS OF ACOUSTIC EMISSIONСавельевА. Н.Savel’evA. N.

Кандидат технических наук, доцент кафедры механики и машиностроения 

(654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)

 

Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair of Mechanics and Machine Engineering

Savelyev2000@mail.ruСавельеваЕ. А.Savel’evaE. A.

Соискатель степени кандидата технических наук кафедры механики и машиностроения  

(654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)

�ева

Candidates for a degree of Cand. Sci. (Eng.) of the Chair of Mechanics and Machine Engineering

ЛоктеваН. А.LoktevaN. A.

Кандидат технических наук, доцент кафедры сопротивления материалов и динамики прочности машин 

(125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4) 

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Strength of Materials and Strength Dynamics of Machines

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation201701072017606443450Copyright © Савельев А.Н., Савельева Е.А., Локтева Н.А., 20172017Савельев А.Н., Савельева Е.А., Локтева Н.А.Savel’ev A.N., Savel’eva E.A., Lokteva N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1096

Одной из основных задач металлургического машиностроения при создании и эксплуатации технологического оборудования является обеспечение необходимых показателей его надежности. Достижение надежности оборудования при его изготовлении связано с оперативным определением прочностных характеристик используемых при этом материалов и прежде всего их предела выносливости. В работе в качестве параметра оценки предела выносливости материалов используется сигнал акустической эмиссии. Для получения устойчивого сигнала, основываясь на результатах анализа синергетических процессов, протекающих в различных физических средах лазеров и мазеров, применен подход получения синергетического сигнала эмиссии волн напряжений (ЭВН) на базе дислокационной среды. Это позволило обеспечить достаточно мощный эмиссионный сигнал, характеризующий процесс движения дислокаций при формировании тех или иных дислокационных субструктур. Эксперимент, проведенный на образцах из стали, подтверждает тот факт, что использование организованного путем мелкоступенчатого растяжения образца акустического сигнала позволяет оценить внутренние процессы, происходящие в материалах. Результаты эксперимента дают возможность выделить участки упруго-пластической деформации материала с различной скоростью движения дислокаций. Основываясь на том, что деформируемые металлы являются самоогранизующимися системами с реализацией на разных стадиях их нагружения различных диссипативных механизмов, образующих соответствующие дислокационные структуры, установлена взаимосвязь интенсивности ЭВН со структурными особенностями дислокационных субструктур (ДСС). Одновременно сопоставлен момент изменения интенсивности ЭВН с пределом его выносливости. Это позволяет использовать сопровождающую формирование дислокационных структур эмиссию волн напряжений совместно с фиксацией возникающего в материале образца напряжения для определения предела выносливости.

One of the main tasks of metallurgical engineering when creating and operating technological equipment is to provide the necessary indicators of its reliability. Achieving the reliability of equipment during its manufacture is associated with the operational determination of the strength characteristics of the used materials, and, above all, their endurance limit. In this paper, the acoustic emission signal is used as a parameter for estimating the endurance limit of materials. To obtain a stable signal, based on the results of an analysis of the synergistic processes taking place in various physical media of lasers and masers, the approach of obtaining a synergistic signal EVN on the basis of dislocation medium has been applied. This made it possible to provide a sufficiently powerful emission signal characterizing the motion of dislocations during the formation of certain dislocation substructures. The experiment carried out on steel samples confirms the fact that using an organized fine-graded stretching of an acoustic signal sample allows the internal processes taking place in the materials to be evaluated. The results of the experiment make it possible to isolate the areas of elastoplastic deformation of the material with different dislocation velocities. Based on the fact that the deformable metals are self-bound systems with the realization of their loading of various dissipative mechanisms at different stages, that form the corresponding dislocation structures, relation between the intensity of EVN and the structural features of the BCS was established. Simultaneously, the time of change in the intensity of the EVN is compared with the limit of its endurance. This makes it possible to use the stresses emission accompanying the formation of dislocation structures together with the fixation of the voltage that arises in the material of the sample to determine the limit of endurance.

акустическая эмиссиядислокациинапряженияпредел выносливоститехнологическое оборудованиеacoustic emissiondislocationstressendurance limittechnological equipmentReferencesФридман Я.Б. Механические свойства металлов. – М.: Оборонгиз, 1952. – 555 с.Fridman Ya.B. Mekhanicheskie svoistva metallov [Mechanical properties of metals]. Moscow: Oborongiz, 1952, 555 p. (In Russ.).Школьник Л.М. Методики усталостных испытаний. – М.: Металлургия, 1978. – 304 с.Shkol’nik L.M. Metodiki ustalostnykh ispytanii [Fatigue test methods]. Moscow: Metallurgiya, 1978, 304 p. (In Russ.).Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. – М.: Машиностроение, 1979. – 191 с.Markovets M.P. Opredelenie mekhanicheskikh svoistv metallov po tverdosti [Determination of the mechanical hardness properties of metals]. Moscow: Mashinostroenie, 1979, 191 p. (In Russ.).Гаврилов Д.А. Корреляционные соотношения между механическими характеристиками в условиях статического и циклического нагружений для конструкционных сталей и сплавов // Проблемы прочности. 1979. № 5. С. 59 – 65.Gavrilov D.A. Correlation relations between mechanical characteristics under static and cyclic loading conditions for structural steels and alloys. Problemy prochnosti. 1979, no. 5, рр. 59–65. (In Russ.).Prot E.M. L’essai des fatigue Sous Charse Progressive. Une nouvelle technique d’essai des materiaux // Rev. Metallurgia. 1948, Vol. 45. No. 12. Р. 481. L’essai des fatigue Sous Charse Progressive. Une nouvelle technique d’essai des materiaux.Prot E.M. L’essai des fatigue Sous Charse Progressive. Une nouvelle technique d’essai des materiaux. Rev. Metallurgia. 1948, vol. 45, no. 12, pp. 481.Enomoto N.A. A method for determining the fatigue limit of metal by means of stepwise load increase test // Proc. ASTM. 1959. Vol. 59. P. 263 – 271.Enomoto N.A. A method for determining the fatigue limit of metal by means of stepwise load increase test. Proc. ASTM. 1959, vol. 59, pp. 263–271.Гурьев А.В., Мишарев Г.М. Особенности процесса начальной стадии пластической деформации при статическом и циклическом нагружениях углеродистой стали. – В кн.: Металловедение и прочность материалов. Том 3. Труды Волгоградского политехнического института. – Волгоград: изд. ВПИ, 1971. С. 56 – 64.Gur’ev A.V., Misharev G.M. Features of initial stage process of plastic deformation under static and cyclic loads of carbon steel. In: Metallovedenie i prochnost’ materialov. T. 3. Trudy volgogradskogo politekhnicheskogo instituta [Metallurgy and strength of materials. Vol. 3. Proceedings of Volgograd Polytechnic Institute]. Volgograd: VPI, 1971, p. 56–64. (In Russ.).Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Охсотоев. – М.: Наука, 1995. – 280 с.Ivanova V.S., Balankin A.S., Bunin I.Zh., Okhsotoev A.A. Sinergetika i fraktaly v materialovedenii [Synergy and fractals in material science]. Moscow: Nauka, 1995, 280 p. (In Russ.).Конева Н.А., Лычагин Д.В., Жуковский С.П., Козлов Э.В. Эволюция дислокационной структуры и стадии пластического течения поликристаллического железо-никелевого сплава // Физика металлов и металловедение. 1985. Т. 60. Вып. 1. С. 171 – 179.Koneva N.A., Lychagin D.V., Zhukovskii S.P., Kozlov E.V. Evolution of the dislocation structure and stages of plastic flow of a polycrystalline iron-nickel alloy. Physics of Metals and Metallography. 1985, vol. 60, no. 1, рр. 157–166.Locati L. Le prove di fatica come ausilio alla progettazione ed alla produzione // Metallurgia Italiana. 1955. Vol. 47. No. 9, P. 301 – 308.Locati L. Le prove di fatica come ausilio alla progettazione ed alla produzione. Metallurgia Italiana. 1955, vol. 47, no. 9, pp. 301–308.Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. – Киев: Наукова думка, 1981. – 344 с.Troshchenko V.T. Deformirovanie i razrushenie metallov pri mnogotsiklovom nagruzhenii [Deformation and fracture of metals under multicyclic loading]. Kiev: Naukova dumka, 1981, 344 p. (In Russ.).Cottrell A.H. Dislocations and plastic flow in crystals. – New York Oxford Univ. Press., 1953.Cottrell A.H. Dislocations and plastic flow in crystals. New York: Oxford Univ. Press., 1953.Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций / Пер. с англ. под ред. Э.М. Надгорного, Ю.А. Осипьяна. – М.: Атомиздат, 1972. – 600 с.Hirth D., Lothe I. Theory of dislocations. Oxford. 1972. (Russ.ed.: Hirth D., Lothe I. Teoriya dislokatsii. Moscow: Atomizdat, 1972, 600 p.).Болотин Ю.И., Грешников В.А., Гусаков А.А., Дробот Ю.Б. Использование эмиссии волн напряжений для неразрушающего контроля материалов // Дефектоскопия. 1971. № 6. С. 5 – 25.Bolotin Yu.I., Greshnikov V.A., Gusakov A.A., Drobot Yu.B. Using the emission of stress waves for non-destructive material control. Defektoskopiya. 1971, no. 6, pp. 5–25. (In Russ.).Грешников В.А., Дробот Ю.В. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. – М.: Изд-во стандартов, 1976. – 272 с.Greshnikov V.A., Drobot Yu.V. Akusticheskaya emissiya. Primenenie dlya ispytanii materialov i izdelii [Acoustic emission. Application for testing of materials and products]. Moscow: Izd-vo standartov, 1976, 272 p. (In Russ.).Нацик В.Д. Излучение звука дислокацией, выходящей на поверхность кристалла // Письма в ЖЭТФ. 1968. Т. 8. Вып. 6. С. 324 – 328.Natsik V.D. Radiation of sound by a dislocation that emerges on the surface of a crystal. Pis’ma v ZhETF. 1968, Vol. 8, Part 6, pp. 324–328. (In Russ.).Frederick I.R. Dislocations motion as a source of acoustic emission. – In.: Acoustic Emission, ASTM STP-505. 1972. P. 129 – 139.Frederick I.R. Dislocations motion as a source of acoustic emission. In.: Acoustic Emission. ASTM STP-505. 1972, pp. 129–139.Pollock A.A. Stress-wave emission a new tool for industry // Ultrasonics. 1969. Vol. 6(2). 32. Р. 88 – 92.Pollock A.A. Stress-wave emission a new tool for industry. Ultrasonics. 1969, vol. 6(2). 32, pp. 88–92.Gillis P.P. Dislocation motions and acoustic emission. – In: Acoustic Emission, ASTM STP-505. 1972. Р. 20 – 29.Gillis P.P. Dislocation motions and acoustic emission. In: Acoustic Emission. ASTM STP-505. 1972, pp. 20–29.Бойко В.С, Гарбер Р.И., Кривенко Л.Ф. Звуковая эмиссия при аннигиляции дислокационного скопления // Физика твердого тела. 1974. Т. 16. № 4. С. 1233 – 1235.Boiko V.S, Garber R.I., Krivenko L.F. Sound emission during the annihilation of a dislocation cluster. Fizika tverdogo tela. 1974, vol. 16, no. 4, pp. 1233–1235. (In Russ.).Haken H., Synergetic. An Introduction. Nonequilibrium phase transitions and self-organization in Physics, Chemistry and Biology. 2nd Edition., Springer-Verlag Berlin – Heidelberg New York, 1978.Haken H., Synergetic. An Introduction. Nonequilibrium phase transitions and self-organization in Physics, Chemistry and Biology. 2nd Ed., Springer-Verlag Berlin – Heidelberg New York, 1978.Назарова Г.В., Рыбянец В.А. Квантовые усилители и генераторы: учебн. пособие. – Новокузнецк: изд. СибГГМА, 1997. – 60 с.Nazarova G.V., Rybyanets V.A. Kvantovye usiliteli i generatory: uchebn. posobie [Quantum amplifiers and generators: Learners guide]. Novokuznetsk: SibGGMA, 1997, 60 p. (In Russ.).Пат. № 2555506 РФ. Способ регистрации сигналов акустической эмиссии / Е.А. Савельева, А.Н. Савельев. Заявл. 26.03.2014. Бюл. № 19.Savel’eva E.A., Savel’ev A.N. Sposob registratsii signalov akusticheskoi emissii [Method for recording the acoustic emission signals]. Patent no. 2555506 RF. Byulleten’ izobretenii. 2014, no. 19. (In Russ.).Mecke K., Blochwitz G., Kremling U. The development of the dislocation structures during the fatigue process of F.C.C. single crystals // Cryst. Res. And Technol. 1982. Vol. 17. No. 12. Р. 1557 – 1570.Mecke K., Blochwitz G., Kremling U. The development of the dislocation structures during the fatigue process of F.C.C. single crystals. Cryst. Res. And Technol. 1982, vol. 17, no. 12, pp. 1557–1570.Koneva N.A. Self-organization and phase transition in dislocation structure. – In: Proc. of 9th ICSMA, Israel, Haifa 1991. Fruid Publ. Company LTD. London, 1991. P. 157 – 164.Koneva N.A. Self-organization and phase transition in dislocation structure. In: Proc. of 9th ICSMA, Israel, Haifa 1991. Fruid Publ. Company LTD. London, 1991, pp. 157–164.Winter A.T., Pederson O.B., Rasmussen K.V. Dislocation microstructures in fatigue copper polycrystals // Acta met. 1981. Vol. 29. P. 735 – 748.Winter A.T., Pederson O.B., Rasmussen K.V. Dislocation microstructures in fatigue copper polycrystals. Acta met. 1981, vol. 29, pp. 735–748.Winter A.T. Dislocation structure in the interior of fatigued copper polycrystal // Acta met. 1980. Vol. 28. P. 963 – 964.Winter A.T. Dislocation structure in the interior of fatigued copper polycrystal. Acta Met. 1980, vol. 28, pp. 963–964.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.