Влияние внутренних напряжений в сталях улучшаемой группы на скорость ультразвука тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, кандидат технических наук Ермолаева, Зоя Ивановна

• Ермолаева, Зоя Ивановна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ермолаева, Зоя Ивановна

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Методы исследования внутренних напряжений в мате- 7 риалах

1.1. Классификация напряжений

1.2. Оценка остаточных напряжений в материалах физическими 10 методами

1.3. Измерение остаточньщ напряжений акустическими метода- 18 ми

1.4. Рентгеновская тензометрия

1.5. Выводы и постановка задачи 33 Глава 2. Материалы: и методика исследования 3

2.1. Исходные материалы 3

2.2. Металлографическое исследование

2.3. Методика акустических измерений 3 9 2.4 Рентгеновское исследование остаточных напряжений в спла- 52 вах

2.5. Точность и чувствительность методов, погрешности измере- 61 ний

Выводы по главе 2

Глава 3. Влияние искажений и внутренних напряжений на ско- 70 рость акустических волн в сталях

3.1. Влияние микронапряжений на скорость распространения 70 ультразвуковых волн

3.2. Анализ влияния макроискажений и макронапряжений на 80 скорость ультразвука

3.3. Влияние структурных составляющих на скорость распро-

странения акустических волн

Выводы по главе 3

Глава 4. Методология акустического контроля остаточных на- 106 пряжений

4.1. Схема разделения влияния структурных факторов, микро- и 106 макронапряжений

4.2 Методика малых измерений скорости ультразвука при оценке 109 остаточных напряжений

Выводы по главе 4

Общие выводы

Литература

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние внутренних напряжений в сталях улучшаемой группы на скорость ультразвука»

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование технологии и разработка новых технологических процессов, требования долговечности, прочности и надежности в эксплуатации металлических деталей, узлов, механизмов и конструкций, резкое сокращение объемов производства транспортного и строительного металла с одновременным увеличением его стоимости требуют современных и перспективных методов измерения остаточных напряжений. Эта проблема не потеряла своей актуальности, а напротив, приобретает все большее значение.

Конструкторы и технологи успешно рассчитывают конструкции на прочность, не учитывая при этом, что технологические процессы изготовления создают большие остаточные напряжения.

Напряжения могут быть как полезными, повышая прочность материала (обкатка роликами и дробеструйная обработка), так и опасными, достигая величин порядка 102 МПа, вызывая при этом образование микротрещин при закалке. Поэтому важно распознать более раннюю стадию образования микротрещин, которые могут стать возможными источниками катастрофического развития трещины. Возникает необходимость контролировать остаточные напряжения в телах после всех процессов изготовления, чтобы снизить вероятность аварий.

Сложность проблемы состоит в необходимости совместного учета механических, физико - химических, тепловых и других происходящих в технологическом цикле процессов.

Используемые способы и приборы не могут обеспечить достаточно точное измерение остаточных напряжений без полного или частичного разрушения материала. Сравнительный анализ применяемых методов в машиностроении и приборостроении показывает, что известны способы измерения остаточных напряжений в металлах, основанные на регистрации прохожде-

ния рентгеновских лучей. Рентгеновский метод достаточно информативен, выявляет структурные фазовые изменения в металлах, измельчение зерен, дислокации, дефекты упаковки и текстуру материала; позволяет определять напряжения в деталях сложной геометрической формы и практически неограниченных размеров; исследовать напряжения на весьма малых участках поверхности образца; определять мгновенные значения напряжений в деталях, подвергающихся периодическим нагрузкам. Недостатками этих способов является малая глубина проникновения лучей, высокая степень шероховатости шлифов, трудоемкость измерения этими способами только суммарных напряжений.

Ультразвуковые методы обладают хорошей проникающей способностью. К достоинствам этих методов следует отнести простоту применения, возможность использования переносной аппаратуры и высокую точность измерений, но метод дает лишь интегральную характеристику напряженного состояния. Известны акустические методы контроля в твердых телах, основанные на изменении скорости распространения и затухания упругих волн в металле в зависимости от структуры и накопления микродефектов при эксплуатации под воздействием нагрузок и температуры. Поэтому некоторые параметры, отвечающие за состояние материала такие, как остаточные напряжения, структура, механические характеристики и содержание остаточного аустенита в настоящее время выгодно определять экспрессными методами, в качестве которых удобно использовать неразрушающие методы. Совместное применение рентгеновского и акустического методов контроля напряжений позволит увеличить информативность и достоверность контроля.

Цель работы. Исследовать влияние макро- и микронапряжений и соответствующего структурного состояния на ультразвуковые характеристики в улучшаемых сталях ЗОХГСА, стали 45, 40Х и рельсовой стали М72 после термообработки различных видов. Разработать метод оценки внутренних на-

пряжений на основе комплексного применения рентгеновского и ультразвукового методов.

Научная новизна. Получены следующие научные результаты.

1. Экспериментально найдены зависимости скорости объемных и поверхностных ультразвуковых волн от микро- и макронапряжений, измеренных рентгеновским методом. Установлено, что на изменение скорости поперечной волны в стали ЗОХГСА на микронапряжения, обусловленные структурными факторами, приходится 0,86% и 1% на макронапряжения. С ростом внутренних напряжений скорость всех типов акустических волн уменьшается. При этом изменения скорости поперечных и поверхностных волн в два раза выше, чем продольной волны.

2. Наиболее чувствительными к микронапряжениям в стали 45 и ЗОХГСА являются скорости поперечной и поверхностной волны; для стали 4QX - скорость поверхностной волны; для рельсовой стали М72 - скорость продольной волны. К макронапряжениям наиболее чувствительны скорости поверхностной и поперечной волны в исследованных сталях.

Практическая ценность работы. Разработана методика на основе комплексного применения рентгеновского и ультразвукового методов оценки внутренних напряжений, позволяющая разделить макро- и микронапряжения для увеличения информативности и достоверности неразрушающего контроля и снижения трудоемкости.

Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на международных, российских и межвузовских научно-технических семинарах и конференциях.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (124 источника), приложения и изложена на 133 страницах, включая 56 рисунков и 16 таблиц.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛАХ

В данной главе проведен анализ литературных данных по измерениям остаточных напряжений в деталях, сплавах, сварочных швах всеми известными методами: рентгеновскими, акустическими, магнитными, голографиче-ской интерферометрии, методом хрупких покрытий и т. д. Описаны преимущества, недостатки и погрешности измерения каждого метода. Поставлена цель работы и определены задачи исследования. Приводятся выводы анализа.

1.1. Классификация напряжений

Одним из важных факторов, влияющих на прочность изделий из металла, является наличие скрытых внутренних напряжений, которые существуют в материале после устранения внешних деформирующих сил. Такие напряжения могут возникать под воздействием различных характеристик. Например, под воздействием внешних сил или в результате неоднородного теплового расширения в металлах могут возникать сильно напряженные области, в которых происходит пластическая деформация, вызывающая появление локальных напряжений большой величины. При устранении внешних сил из-за неравенства деформаций различных частей тела, в нем может образоваться новая система напряжений. Эти напряжения часто являются причиной появления трещин и разрушений в сварных конструкциях [1]. Возникновение внутренних напряжений может быть связано со структурными изменениями, происходящими при дисперсионном твердении, с неоднородным изменением размеров изделия в результате химического воздействия (азотирование стали). Как известно шлифование изделий приводит к возникновению напряже-

ний в поверхностных слоях, достигающих 600...800 МПа. При работе материалов в активных средах, например алюминиевых сплавов в морской воде,

легирующий

где содержится высокая концентрация хлора, основноипшмпонент этих спла-

ит

вов цинк подвергается анодной коррозии на границах зерен, что привод^ появлению напряжений, достигающих 200...300 МПа [2].

Внутренние напряжения можно разделить на две группы [3]:

1. Напряжения, вызываемые внешними факторами (механическими, тепловыми или химическими), различно влияющими на разные части тела из однородного материала.

2. Напряжения, возникающие как результат неоднородности свойств материала (текстурных неоднородностей) при однородном воздействии внешних сил (гидростатическое сжатие).

Остаточные напряжения, вызванные внешними причинами, обычно уравновешиваются в областях большей протяженности, чем напряжения, вызванные текстурой. Поэтому первые часто называют макроскопическими, а вторые - микроскопическими напряжениями.

Большой вклад в дальнейшее изучение остаточных напряжений внесли Б. М. Ровинский и Г. В. Кудряшов [4], которые предложили классификацию внутренних напряжений, представленную на рис. 1.1 [5].

По принятой современной классификации остаточные искажения структуры условно подразделяются на три типа: макроискажения и соответствующие им остаточные напряжения 1-го рода или макронапряжения, микроискажения и соответствующие им остаточные напряжения П-го рода или микронапряжения, микроискажения ГП-го рода [6].

Напряжения 1-го рода уравновешиваются в объеме всего образца или детали. При наличии этих напряжений удаление части детали нарушает равновесие между остальными ее частями и деталь деформируется. Именно напряжения 1-го рода вызывают коробление и растрескивание деталей при их обработке и в эксплуатации. Эти же напряжения обусловливают анизотропию механических и магнитных свойств металла. На рентгенограммах они проявляются в смещении интерференционных максимумов.

Рис. 1.1. Основные виды внутренних напряжений

Напряжения И-го рода уравновешиваются в объемах единичных кристаллитов или нескольких кристаллитов. Рентгенографически они проявляются в размытии интерференционных максимумов, а также в их смещении.

Искажения Ш-го рода уравновешиваются в объемах, охватывающих небольшие группы атомов, благодаря смещению атомов ш узлов кристаллической решетки из-за вакансий, атомов внедрения и дислокаций. Поскольку их рентгенографическое проявление окончательно не установлено, в классификацию по рентгеновскому признаку они пока не включаются.

1.2. Оценка остаточных напряжений в материалах физическими методами

Для исследования напряженного состояния тела известны различные методы, которые можно разделить на разрушающие и в еразрушающие. Этими методами измеряют деформации, а напряжения рассчитывают исходя из предположения о применимости обычных уравнений теории упругости. Прямых методов непосредственного измерения напряжений в металлических образцах нет, они могут быть только вычислены из деформации на основе закона Гука. Наибольший интерес для данного исследования представляют не-разрушающие методы измерения.

Рассмотрим физические методы контроля остаточных напряжений, применяющиеся для обнаружения остаточных напряжений, для качественного анализа распределения (для качественной оценки напряженно-деформированного состояния материала), для сравнительных оценок при серийном и массовом производстве путем экспресс-анализа. В основу этих методов положены специальным образом структурированные информационные массивы, дающие возможность оперировать корреляционными соотношениями и коэффициентами относительно остаточных напряжений и некоторых физических и механических свойств материалов. С метрологических позиций все эти методы требуют калибровки, интерполяции, а в ряде случаев и экст-

раподяции, что существенно снижает точность измерения. Некоторые из этих методов: электромагнитные, поляризационно-оптический, метод хрупких покрытий, отражательной способности (в области видимого света), твердости, голографической интерферометрии.

Магнитные методы основаны на зависимости магнитных свойств ферромагнетиков от внутренних напряжений. Из теории магнетизма известно, что при отсутствий внешнего магнитного поля и механических напряжений распределение направлений намагниченности доменов в ферромагнетике в основном определяется кристаллической структурой. При наличии напряжений и внешнего магнитного поля распределение доменов определяется тремя факторами: кристаллической структурой, упругими напряжениями и внешним полем.

В основу магнитных методов измерения напряжений заложена фундаментальная работа Акулова Н. С. [11] и зарубежных авторов [12]. Доказано, что в материалах, имеющих внутренние напряжения, магнитная восприимчивость зависит от константы анизотропии и от напряжений для области вблизи технического насыщения и для области слабых полей намагничивания. Существующий метод гармонического анализа намагничивающего тока для определения одноосных остаточных напряжений показал, что различные гармоники по разному реагируют на изменение свойств или состояние исследуемого образца [13].

Магнитный неразрушаюхций контроль применяют для объектов, хотя бы частично изготовленных из ферромагнитных материалов, существенно изменяющих свои свойства при воздействии магнитного поля.

Метод магнитной проницаемости основан на изменении магнитных свойств металла, например, магнитной проницаемости ¡л, под действием механических напряжений о-[14].

Для измерения остаточных напряжений предлагается сравнивать магнитные свойства контролируемого изделия с таким же для эталонного образца. Это вносит в результаты измерений существенную неопределенность и снижает точность метода, поскольку естественная неоднородность магнитных конструкционных сталей часто превышает изменения этих свойств под влиянием напряжений. Использование магнитного метода связано со значительными трудностями при измерении напряжений как внешних нагрузок, так и остаточных напряжений. На показания датчиков влияют структура металлов и способ термообработки. Ощутимые погрешности в измерения вносят пластические деформации. Возникают также дополнительные погрешности, связанные с влиянием таких факторов, как магнитная текстура и форма детали [15]. Существенным недостатком известных в настоящее время маг* нитных методов измерения остаточных напряжений является их непригодность для анализа двухосного напряженного состояния. При двухосных напряжениях с помощью магнитных датчиков можно определить лишь направление главных напряжений. Установить величины и знаки главных напряжений невозможно, потому что невозможно получить какую-либо характеристику, пропорциональную их сумме.

Таким образом, измерение остаточных напряжений без разрушений магнитными методами из-за сильного влияния различных факторов и неоднозначной зависимости между механическими напряжениями и магнитными свойствами из-за высокой погрешности (± 20 %) не пригодны для данной работы.

Магнитошумовой метод является разновидностью электромагнитного метода [16], Этот метод измерения остаточных напряжений основан на эффекте Баркгаузена, заключающегося в скачкообразном изменении намагни* ченности при плавном изменении перемагничивающего поля [17]. Скачки намагниченности связаны с задержкой движения доменных границ в местах

концентрации остаточных напряжений. На участке контролируемого материала, который подвергается воздействию переменного поля, фиксируется возникающий магнитный шум как следствие скачкообразного изменения намагниченности. По параметрам шума судят о величине остаточных напряжений £ 18J- Магнитошумовой метод не требует специальной подготовки поверхности, позволяет использовать переносную аппаратуру. Ограничения в применении этого метода связаны с недостаточностью данных о его возможностях, а также низкой точностью метода (± 15 %). На показатели магнитных шумов влияют размер немагнитного зазора между поверхностью изделия и первичным преобразователем, изменения химического состава и структуры. Чувствительность метода растет с уменьшением частоты перемагничивания и амплитудой индукции. Для реализации метода разработана специальная аппаратура [19].

Контроль остаточных напряжений по электропроводности металла (токовихревой метод) применяется для определения знака, направления и величины изменений значений остаточных напряжений. Изменения электропроводности измеряются с использованием эталонных образцов, прошедших термообработку для снятия остаточных напряжений. Нулевой отсчет снимают с эталонного образца. Разность в показаниях токовихревого прибора, полученную при перемещений датчика по поверхности контролируемой детали, сравнивают с данными по эталонному образцу, и с помощью градуировочных датчиков судят о величине остаточных напряжений [20]. Для большей достоверности получаемой информации по токовихревым измерениям целесообразно на первых этапах работы проводить выборочный дополнительный контроль остаточных напряжений другими методами, например, рентгеновским. Точность токовихревого метода существенно зависит от базы датчика (преобразователя) и от размера, постоянства зазора между изделием и преобразователем. Основным источником погрешности этого метода является его высокая чувствительность к немагнитному зазору, зависящему от шероховатости поверхности детали. Погрешность метода составляет ± 15—20 % [21]. Метод недостаточно широко распространен, т. к. требует специальной аппа-

ратуры и применяется только для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей.

Поляризационно-оптический метод измерения напряжений основан на использовании упруго-оптического эффекта для измерения остаточных напряжений от внешней нагрузки [22]. Упруго-оптический эффект - это появление в прозрачных материалах двойного лучепреломления под воздействием механических напряжений или деформаций [23]. Этот эффект выражается количественно через порядок п изохромы как функции двух переменных: относительного удлинения е и нормального напряжения ст. Преобладающее влияние оказывает изменение относительного удлинения:

»-/,<«)+/» (1-0 Исследование напряжений оптическим методом осуществляют полярископом, состоящим из источника монохроматического света и двух поляризаторов - собственно поляризатора и анализатора. Исследуемый объект помещают по ходу светового луча между ними. После прохождения через оптически чувствительный материал оптические волны сдвинуты по фазе одна относительно другой на угол 0. Благодаря анализатору происходит интерференция этих волн. При этом целым значениям порядка интерференции п-0;1;2 и т. д. соответствуют темные линии на светлом фоне, образующие картину изохром или картину полос (при монохроматическом свете). Каждая из полос (изохром) является геометрическим местом постоянной разности главных напряжений [24]. Зная порядок полосы - изохромы п и определенную путем тарирования цену полосы а(/\ можно найти разность главных напряжений в рассматриваемой точке по формуле

<Т? - 0Г2 = ЯОд } (1.2)

ИЛИ О, - О; =—^—, (1.3)

где - цена полосы для оптического материала данной толщины Ъ МПа;

ст(/<0' - цена деления полосы для материала, соответствующая цене полосы для слоя толщиной 1 см, МПа.

Обе величины <4° и зависят от длины волны Л.

Остаточные напряжения в изделиях и полуфабрикатах определяют с использованием оптически чувствительных материалов в качестве покрытий. Для этих целей на участки изделия наклеивают оптически - чувствительные пластины определенной толщины и состава. Обычно используют пленки на базе эпоксидных и полиамидных смол, прозрачных для света и обладающих свойством двойного лучепреломления [25]. Требуется хорошо отражающая поверхность и ее освещенность монохроматическим источником света при внешнем нагружении. Погрешность метода составляет ± 20-25 %.

Метод хрупких покрытий или метод линий деформаций дает возможность наблюдать напряженное состояние в изделиях [26]. Данный метод по* зволяет оценивать влияние остаточных напряжений на эксплуатационные характеристики готовых деталей, выявлять концентраторы напряжений. На поверхность исследуемого объекта наносят специальный лак, дающий после высыхания очень хрупкое покрытие, прочно соединенное с поверхностью. В процессе исследования фиксируют направление и длину трещин, образующихся в слое лака под воздействием деформаций от внешнего усилия или перераспределения остаточных напряжений. Фиксируют также расстояние между смежными трещинами. Лак должен обладать достаточной чувствительностью к появлению трещин при малых упругих или пластических деформациях исследуемого материала. Лак не должен иметь трещин при высыхании, в процессе которого в лаке появляются растягивающие напряжения. На исследуемые поверхности лак наносят с помощью пульверизатора или кистей. Чувствительность хрупкого лака определяют с помощью тарировки. Это величина удлинения растягиваемой тарировочной пластины, при которой начинают появляться трещины. На поверхности тарировочной пластины и исследуемой детали одновременно и в одинаковых условиях наносят слои хрупкого лака для исключения различия в чувствительности покрытия на изделии и тарировочной пластине. При постепенном увеличении среднего удлинения поверхности изделия трещина в лаке появляется в той точке, где имеет место наибольшее удлинение, превышающее чувствительность покрытия. При этом трещина проходит перпендикулярно направлению удлинения. При дальней-

шем увеличении удлинения длина первой трещины увеличивается и появляются новые трещины. Трещины в хрупком лаке могут возникать лишь в результате растягивающих деформаций. Контроль остаточных напряжений с помощью хрупких лаков подобен контролю методом оптически -чувствительных покрытий. Контроль остаточных напряжений связан с частичным или полным разрушением изделия. Преимущества метода хрупких покрытий для измерения динамических напряжений состоят в том, что он позволяет заменить тензометрирование во многих точках изделия и не требуется специальной аппаратуры Этот метод, как и все другие методы, дает одновременно и интегральные, и дифференциальные характеристики деформаций на поверхности. Пригоден лишь для качественной оценки. Погрешность метода ± 25...30 %

Метод твердости основан на измерении твердости под воздействием остаточных напряжений. Данный метод позволяет без разрушения детали определять сравнительное изменение величины остаточных напряжений в поверхностном слое материала. Уровень и знак напряжений оценивают по разнице значений твердости в сравнении с эталонным образцом из того же сплава, в котором отсутствуют остаточные напряжения. Метод твердости требует наличия эталонных образцов для группы контролируемых сплавов, из которых изготовлены детали [27]. Разновидностью метода твердости является установление изменения твердости по результатам ее измерения: до и после разгрузки места измерения. Для более точного установления связи между твердостью и остаточными напряжениями проводят тарировочные испытания образцов из одного и того же сплава и строят график зависимости между показателями твердости и напряжениями, определяемыми независимыми методами. По этим данным определяют коэффициент связи между остаточным напряжением и твердостью. Метод пригоден лишь для качественной оценки остаточных напряжений, что связано с его низкой точностью. Низкая точность метода объясняется тем, что в процессе вдавливания индикатора вокруг него образуется зона пластической деформации, которая способствует изменению показателей. Поэтому при оценке знака и относительного изменения в

показателях остаточных напряжений по данным измерения твердости следует использовать твердомеры, которые создают минимальную лунку при контроле твердости поверхности.

Неразрушатощий метод определения остаточных напряжений - косвенный метод отражательной способности заключается в том, что поверхности исследуемой детали придают хорошую отражательную способность, доводя ее шероховатость до 0,6...О,16 мкм и нагружают нарастающим циклическим нагружением. Нагружение с помощью машин для механических испытаний осуществляется в условиях, имитирующих схему напряженного состояния эксплуатационной нагрузкой. Испытания на образцах позволяют определять сравнительные возможности упруго - пластических характеристик различных материалов в зависимости от их состояния. Испытания готовых деталей позволяют оценить влияние размеров, технологических операций и условий эксплуатации на сопротивление материала детали микропластическим деформациям в местах концентраторов [28]. Если место предполагаемого концентратора известно и требуется лишь уточнить величину и скорость нарастающих упруго - пластических деформаций, достаточно обеспечить хорошую отражательную способность только зоны предполагаемого концентратора. При повторных нагружениях материала детали происходят изменения его структуры, а на поверхности в местах концентраторов появляются матовые пятна. При этом изменения в структуре будут происходить более интенсивно в тех местах, где на материал оказывают суммарное воздействие остаточные напряжения и напряжения от внешней нагрузки. Данный метод позволяет производить сравнительную качественную оценку влияния на эксплуатационный ресурс концентраторов напряжений, размеров детали, материала и его состояния в условиях нагружения. Он пригоден для тех деталей, у которых концентраторы расположены на поверхности. При наличии концентраторов внутри детали данный метод не пригоден.

Голографический метод измерения позволяет быстро и с высокой точностью измерять перемещения возмущенного деформированного состояния в

окрестностях отверстия. Измерительный инструмент - лазерная интерферометрия.

Лазер, используемый в качестве источника монохроматического излучения и обладающий высокой временной и пространственной когерентностью, является фундаментом голографии - способа записи на светочувствительных материалах (фотопластинках, термопластинках) и восстановления световых волн, рассеянных излучаемым телом, конструкцией в разные моменты времени. Восстановленные двумя голограммами волны, складываясь, могут создавать интерференционные картины - топографические интерферо-граммы, содержащие информацию о перемещениях поверхности тела. Данный метод - бесконтактный, позволяет определять как нормальные к поверхности, так и касательные перемещения. Чувствительность метода оценивается долями длин световых волн лазерного луча, а диапазон измеряемых перемещений от долей до десятков микрометров [29].

При наблюдении интерферограммы в лазерном луче определяется число интерференционных полос с каждой из 4-х сторон отверстия, вдоль осей главных напряжений и умножают на коэффициент, определяющий цену полосы для данного материала и размеров отверстия. Цена полосы а является величиной, обратно пропорциональной перемещению Ж, и определяется формулой

сг = —■—, Ш

где X - длина волны излучения лазера.

Погрешность метода ~ ± 10 %.

1.3, Измерения остаточных напряжений акустическими методами

Ультразвуковой метод является достаточно общим методом определения остаточных напряжений в твердых телах. Он позволяет определять раз-

дельно главные напряжения не только в моделях, но и в готовых конструкциях в процессе их эксплуатации. К достоинствам ультразвуковых методов следует отнести простоту его применения, например возможность использования переносной аппаратуры, широкую область использования (металлические, композиционные и керамические материалы). Метод дает интегральную характеристику напряженного состояния (измерение напряжений в однородных, достаточно больших объемах). В то же время данный метод обладает существенным недостатком - невысокой точностью измерения (± 20 %), что объясняется, в первую очередь, влиянием структуры материала на скорость ультразвуковых волн [30].

Первые работы по изучению влияния напряжений на скорость распространения ультразвука провели Михайловский В. Н. и Цыхан А. И. [31]. При экспериментальном исследовании влияния статических напряжений на закономерности и скорости распространения продольных гармонических колебаний и ударных импульсов в стальной, медной и алюминиевой проволоках они пришли к выводу, что статические напряжения оказывают существенное влияние на величину коэффициента затухания и скорости распространения упругих волн.

Работа Бениевой Т. Я. [32] посвящена выяснению связи скорости ультразвука с напряжениями и пластической деформацией в сплавах. Однако авторами не обнаружено зависимости между напряжением и скоростью продольной волны [33]. Приложенное напряжение влияет только на сдвиговые волны в определенных направлениях.

Е. Г. Коновалов и Г. Т. Орехов [34] предложили метод измерения одноосных напряжений по изменению скорости распространения продольных волн в металлах, что совершенно противоречит работе авторов [33]. В ряде работ представлена зависимость скорости ультразвука и прочности, структура металла и ее изменение под действием напряжений [35, 36]. Вычислены модули упругости 3-го порядка некоторых материалов.

Разработана методика расчета напряжений в резьбовых деталях по результатам ультразвуковых измерений [37, 38]. Получены соотношения, по-

зволяющие однозначно определять акустоупругие коэффициенты материала контролируемой детали.

Ряд авторов разработали метод определения одноосных напряжений в изотропном упругом теле с использованием поляризованных звуковых волн [39]. Сущность метода заключается в том, что упругая волна сдвига распространяется различно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации. Эта разность пропорциональна величине напряжения. Clark А. V. и Moulder J. С. [40] совершенствуют выше описанный метод и излагают основы теории техники определения остаточных напряжений в образцах различной конфигурации путем измерения скорости двух волн с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Экспериментальная работа по определению остаточных напряжений в алюминиевой пластине вдоль различных направлений проводилась при помощи ЭМА - преобразователей в импульсном режиме на частоте 10 кГц.

Известны методы неразрушающего контроля с использованием волн Рэлея и оптического излучения [41]. Используя поверхностные акустические волны, можно измерять напряжение на поверхности тел. Описаны методы измерения параметров трещин и предельных напряжений на поверхности упругого тела по отражению волны Рэлея. Возможно также исследование трещин за счет получения их изображений. Для этого используются линейки преобразователей, прикрепляемых к торцу образца, и применяется математическая обработка сигналов с отдельных преобразователей. В работе приводятся результаты измерений остаточных напряжений в стальной трубе со сварным швом. При регистрации поверхностной акустической волны эффектной оказывается методика, основанная на измерении изменения фазы световой волны, отраженной от колеблющейся поверхности звукопровода. Разработаны волокно - оптические зонды, позволяющие измерить амплитуду и фазу смещения поверхности с хорошим пространственным разрешением. Мощным инструментом, позволяющим определять скорость поверхностной акустической волны и получать изображение поверхности, является акусти-

ческий микроскоп. Приводятся также примеры использования фотоакустических методов определения параметров звукопровода.

Известно влияние текстуры на температурную зависимость скорости ультразвука при измерении напряжений. Измерены абсолютные значения скорости звука и ее математическая зависимость в текстурированных образцах алюминиевых сплавов. Измерения выполнены для продольных и сдвиговых волн с направлением распространения и поляризацией в трех взаимно ортогональных направлениях. Анализ результатов показал, что текстура оказывает одинаковое влияние на скорость звука и ее температурную зависимость. Однако измерения температурных зависимостей сильно зависят от ошибки эксперимента. Это означает, что при определении напряжений с использованием температурных зависимостей скорости, изменения в 2 %, вызванные текстурой, эквивалентны 44 МПа в параллельном и 8 МПа в перпендикулярном направлениях [42].

Оценке акустоупругого метода измерений абсолютных значений напряжений посвящена работа [43]. Напряжения в упругом теле определяются методами акустоупругости по формуле:

0" = —^-> (1-4)

где р - плотность;

V - скорость сдвиговых волн;

Ь -расстояние, проходимое ультразвуковой волной;

ЛТ - разность времени распространения в перпендикулярном и параллельном направлениях оси тензора напряжений для стали, алюминия, меди, и титана при наличии в них текстуры.

Выявлено, что на точность определения напряжения влияет ориентация направлений скорости ультразвуковых волн.

Автором [44] исследованы акустоупругие измерения упруго-пластичных и остаточных напряжений. Представлены новые результаты измерений остаточных напряжений в пластичных деформированных алюминиевых пластинах размером 10x60x375 мм, нагружаемых методом четырехточечного изгиба. Применялась новая схема распространения ультразвуковых

волн по отношению к деформации. При этом через 8 месяцев не обнаружено релаксации остаточных напряжений при проведении повторных испытаний. Наблюдалось перераспределение остаточных напряжений при механической обработке (стачивании, прокатке) образцов.

В работе [45] анализируется применимость теории акустоупругости для методов измерения остаточных напряжений в пластические деформируемых телах. Указывается, что изменение скорости звука за счет текстуры и анизотропии сравнимо и даже может превышать изменение за счет остаточных напряжений. Эксперименты по одноосному растяжению-сжатию алюминиевых образцов показали нелинейную зависимость акустоупругой анизотропии от величины пластической деформации образца. Эти зависимости линейны, но имеют разный наклон для сжатия и растяжения при деформации 0,5 %. Учет текстуры пластического деформированного образца хорошо согласует данные об остаточных напряжениях, полученных разрушающими методами при изломе алюминиевого образца.

Методы определения остаточных напряжений в рельсах представлены в работе [46]. Остаточные напряжения в рельсах, возникающие при их прокатке и последующем охлаждении, определяли следующими методами:

- разрушающим (тензометрическим и вырезания элементов);

- неразрушающим ультразвуковым.

При применение первого метода из средней части рельса вырезали участок длиной 1 м, который делили на три пробы для определения поперечных и продольных составляющих остаточных напряжений на наружной и осевой поверхностях в продольном и поперечном сечениях. Остаточные напряжения определяли с помощью тензометрического шестиканального моста и наклеенных на рельсы датчиков. Измерение остаточных напряжений по второму методу проводили на установке 11МК-10, состоящей из измерительного блока с микропроцессором и шести измерительных зондов. Приведено распределение остаточных напряжений по длине рельса. При этом в пределах 10 % выявлена сходимость результатов при определении остаточных напряжений обоими методами.

В отдельное направление выделена наука о влиянии напряжений на упругие волны в телах - акустоупругостъ [47-51] и акустическая тензометрия [52]. Приводятся результаты использования акустического метода для определения остаточные напряжения в сварных соединениях и конструкциях в лабораторных условиях и на производстве, при изготовлении и эксплуатации металлоконструкций с высокой точностью (10~5).

Группой авторов приведены результаты исследований по оптимизации средств ультразвуковой релаксационной и упрочняющей обработки сварных соединении, оборудования, аппаратуры и методик, рекомендуемых для практического использования при производстве, эксплуатации и ремонте сварных конструкций широкого применения [53].

Вайнштейн А.А. [54] в своей работе математически описал распределение напряжений в микроструктуре поликристалла при любой схеме напряженного состояния и установил аналитическую зависимость между макронапряжениями и микронапряжениями, что позволяет получит по известным значениям главных макронапряжений и свойствам упругости дополнительную информацию о распределении напряжений в микроструктуре.

Из анализа литературных данных по оценке остаточных напряжений акустическими методами можно выделить то, что широкое распространение получил импульсный метод возбуждения ультразвуковых колебаний, основанный на измерении времени прохождения импульсом расстояния Ь [55]. Применяются поверхностные (Рэлеевские), продольные и поперечные акустические волны для контроля деталей. Такой метод позволяет проводить исследования с точностью ± 0,1%, а если фиксировать время прохождения импульса более точным прибором с погрешностью ± 2 не, то погрешность составит ± 0,01%. Данный метод удобен и прост для исследований и соответствует требованиям по точности измерений.

1.4. Рентгеновская тензометрия

напряжений

Метод определения^ помощью нескольких снимков, сделанных под разными углами к поверхности, был разработан Д. М. Васильевым [56] в дальнейшем усовершенствован Махераухом [57] и получил название "метод $т2 Экспериментальное определение напряжений сводится к определению величины относительной деформации ещ у при разных углах между поверхностью детали и направлением первичного луча. Графически определяет

величину деформации при $т2 4^0, что по уравнению Еет=|) = + а,) поЛ*

зволяет найти сумму главных напряжений.

Рентгеновская тензометрия основана на измерении деформации рентгеновским способом, а для перехода от деформации к напряжениям используют закон Гука. Д. М. Васильев [58] в своей работе предложил характеризовать деформированное состояние образца при помощи функции распределения деформаций <р(е), смысл которой заключается в том, что величина (р(е)(1е равна доле объема образца, деформации в котором лежат в интервале е - £ + с1е (рис. 1.2) применил методику при наличии градиента деформации . Рентгеновская тензометрия основана на том, что при освещении поверхности рентгеновский луч проникает на некоторую глубину Ь.мрф, равную при перпендикулярном к поверхности падению по порядку величины \ где ц - линейный коэффициент ослабления.

Нормальная деформация измерялась по направлению и равна

4»)= = > О-5)

где 90 - положение дифракционной линии в отсутствии деформации;

~ положение дифракционной линии деформированного образца.

а б

Рис. 1.2. Функция распределения деформаций: а - в образце только микродеформации; б - микродеформации и макродеформация so.

Вектор Я направлен по биссектрисе угла, образованного падающим и дифрагированным лучами и равного 2rj, где r¡ =90 ° - в (рис. 1.3). Основные соотношения между деформациями и напряжениями, выраженные через нормальную деформацию е(п) и координаты тензородеформации s в системе координатных осей направлений [100], [010], и [001] изложены в работе [59]. В случае плоского напряженного состояния, когда аз=0 определить ст(р можно различными способами. Если дифракционные максимумы регистрируются на фотопленку, то достаточно одного снимка при некотором значении угла % для определения [60]. Этот метод получил название фотометода. Если использовать дифрактометр со счетчиком, то достаточно двух снимков при различных углах и 4*2, используя зависимость в = /(sin2 у/) можно определить

<jfp. Этот метод получил название sin2 у/.

Фукс М. Я. и Гладких Л. И. [61, 62] исследовали случай, когда нормаль к поверхности образца в точке измерении не будет одной из главных осей тензора деформаций и напряжений. Они пришли к выводу, что при плоском

л

напряженном состоянии зависимость деформации sv v от sin у/ нелинейная. Предложен способ измерения деформаций s¥ <p. Дифракционный метод измерения предложен Васильевым Д. М. для случая, описанного выше. Основан на использовании соотношения деформаций и напряжений для изотропной среды. Измеряя деформацию e(ñ) по шести различным направлениям, выбранным так, чтобы определитель системы не обращался в нуль, можно найти шесть неизвестных координат тензора напряжений. Решая матрицу определяют главные напряжения и ориентировку главных осей [63]:

s w = sin V Scp - (01 +а2), (1.6)

h h

где G<p=aiCOs2q> + a2sin2cp - нормальное напряжение, действующее на площадку, перпендикулярную направлению (\|/=90°, ср).

Дифракционная картина регистрируется на фотопленку способом рас-ходящего пучка. Недостатком этого способа является сложность разделения эффектов, влияющих на положение дифракционных максимумов (упругие деформации и изменение ориентировки частей образца). Аппаратура для измерения напряжений описана в работе [64]. Методические рекомендации по измерению напряжений в металлических материалах содержатся в работе [65].

Рентгенографическими методами изучены остаточные напряжения, возникающие в композите из-за различий матрицы и волокна. Показано, что остаточные напряжения линейно возрастают с увеличением температуры. Результаты хорошо согласуются с моделью [66]. Группа авторов исследовала влияние анизотропии материала на формирование остаточных напряжений в поликристаллах титана и алюминия, прокатанных с деформациями 20, 40, 60%. Внутренние напряжения измеряли рентгенографическим методом. Анализ подтверждает слабое влияние анизотропии материала на формирование остаточных напряжений [67].

Для образцов Ре ошибка не превышает 45 МПа; для дюралюминия-15 МПа; для стали в излучении КаСо при ошибке в измерении угла ± 2,5 ° -±20 МПа.

Л. И. Лысак в своей работе [68} исследовал влияние микронапряжений, размера блоков и кристаллитов, а также геометрических факторов (расходимость первичного пучка, поглощение в образце, расположение и размеры диафрагм, расположение образца от пленки, величина фокуса трубки, диаметр образца) съемки на уширение рентгеновских линий.

Предложены несколько методов определения микронапряжений. В методе аппроксимации для определения истинной ширины линий проще и надежнее учитывать влияние геометрических факторов при помощи съемки стандартного образца наряду с исследуемым [69]. Ширина линий стандартного образца определяется только геометрическими условиями съемки. Такой образец изготавливается из материала с большими когерентными областями (О < К)'5 см), в котором нет микронапряжений. Такие условия получаются после отжига. Вводится поправка на геометрию съемки. Визуальное сравнение линий позволяет пренебречь поправкой на геометрические факторы.

Основными недостатками при кажущейся легкости применения этого метода являются:

1. Обязательное допущение о виде аналитических функций, т. е. не учитываем форму линии.

2. При съемке в немонохроматизированном излучении необходимо разделять дуплеты Кщ и Каг, что делается всегда с допущениями.

3. Потеря точности при использовании различного рода таблиц для окончательного разделения эффекта от областей когерентного рассеивания и мйк-ронапряжений.

4. Сложность в переводе вычислений на ПЭВМ.

Метод дает неплохие результаты, когда заранее известно, от какого одного фактора произошло уширение линии.

Рис.1..3. Схема рентгеновского тензометрирования

% - падающий, t - дифрагированный рентгеновские лучи; А-А - поверхность образца.

Рис. 1.4. Интенсивность линии (hk 1)

Работы А. Вильсона [70], А, С. Когана и В, М, Сповидова [71] посвящены определению характеристик тонкой структуры материала через моменты второго порядка рентгеновских дифракционных линий (рис. 1-4). Достоинства метода моментов:

1. Математические свойства моментов позволяют легко определять вклад инструментального уншрения независимо от того, какими функциями описываются соответствующие кривые.

2. Имеется возможность учесть вклад текстуры в уширение линий.

3. Возможны расчеты на ПЭВМ.

Метод моментов имеет ограниченное применение, т. к. недостаточно развита теория отражения рентгеновских лучей и ее взаимодействие с моментами кривых.

Наиболее корректным методом анализа тонкой структуры является гармонический анализ формы интерференционных рентгеновских линий* Данный метод является наиболее совершенным рентгеновским методом исследования субструктуры кристаллических веществ.

Метод гармонического анализа не нуждается во введении теоретически выведенной функции /(х). Этот метод позволяет найти ее по экспериментальным кривым стандартной и истинной линий. Однако результаты этого метода зависят от всякого рода ошибок, анализ которых необходим для определения надежности полученных данных. Подробно ошибки рассмотрены в работе [72].

Москвичев Е.Щ73] предложил программу определения микронапряжений и размера когерентного зерна рассеивающих областей по расширению линий на диафрагме методом гармонического анализа с использованием ЭВМ . Существует методика рентгенографического определения остаточных напряжений в локальных зонах чугунных гильз тепловозного двигателя после лазерного упрочнения [74], Также известен способ рентгеноструктурного анализа с повышенной точностью путем исключения погрешности в опреде-

лении уширения дифракционных линий первого и второго порядка [75]. Сущность способа состоит в том, что при использовании структурных характеристик материала на уширение дифракционных линий двух порядков отражений съемку линий первого порядка производят в симметричных условиях с углом наклона са&в}, а линий второго порядка в ассимметричных условиях при угле а2^02-

Корректность оценки остаточных напряжений рентгеновским методом с послойным удалением металла подтверждена в работе [76]. В образцах из стали 8АЕ 1045 в исходном состоянии и после испытания на усталость до половины долговечности измеряли остаточные напряжения рентгеновским и тензометрическим методами. Перед испытанием образцы подвергали индукционному упрочнению и отпуску. Результаты, полученные обоими методами, для исходных образцов согласуются друг с другом.

Мороз Э. М. и др. [77, 78] использовали более усовершенствованную технику рентгенографирования, вычислительные методы, поставленные на ЭВМ и предложили новый метод, основанный на гармоническом анализе профиля дифракционных линий. Метод определения субструктурных характеристик (МОСХ) погрешность которого составляет ±10Мпа.

Красавин В. В. исследовал влияние остаточного аустенита на скорость ультразвуковых волн [79]. Количественный анализ остаточного аустенита проводили Я-методом на установке ДРОН-1,5. Концентрацию аустенита "С" определили по соотношению интегральных интенсивностей линий а-фазы (110) и ^фазы (111) с ошибкой Ас/с--5 % по методике, изложенной в [80].

Vg, , м/с

5900

5850

5800

5750

—О— Скорость ультразвука —О— Содержание аустенита! 'L---4-.i-i.i---. IUII--LH 1Ш...1.|.|...:Д

80 60

20

0

1000

1050

1100

1150 t 1200

Рис. 1.5. Зависимость содержания остаточного аустенита от температуры закалки

6000

5950

5900

| 5850

а о

5600

5750

5700 закалка

_., ----- .......' ........ ...........— ......."

\

^ |

......... 1

-Закалка от 1200 100% Аост

Закатай от 1000 0% Аост

1 отпуск

2 отпуск

3 отпуск

Рис. 1.6. Зависимость скорости ультразвука от кратности отпуска

-—-— закаленные —— отпущенные

—( 100

1.7. Зависимость скорости ультразвука от содержания остаточного аустенита

(Аосщ) всталиХ12Ф1

Образцам с малым содержанием остаточного аустенита (Аост) соответствует большая скорость ультразвуковых волн при любом виде термообработки (рис. 1.5,1.6).

Корреляция описывается зависимостью:

ос = отС + иь{1-С!), (1.7)

где С - относительная концентрация остаточного аустенита;

о100 - скорость ультразвука в стали со 100 % -ым содержанием остаточного аустенита (1200 °С);

о0 - скорость ультразвука в стали без остаточного аустенита (1000 °С + отпуск);

и.. - скорость ультразвука в стали с содержанием остаточного аустенита С.

Наблюдается наличие однозначной зависимости о = а(А) в области превращений: Аост - мартенсит отпуска (рис. 1.7). Можно контролировать содержание Аост, так как в процессе эксплуатации Аост может превращаться в мартенсит отпуска и вызывать нежелательные изменения геометрии инструмента или детали.

Чувствительность для стали Х12Ф1 составляет примерно 2 м/с х % А. Таким образом, можно оценивать верхнюю границу точности определения содержания Аост по измерениям скорости ультразвуковых волн.

V, м/с

6000 5950 5900 5850 5800 5750 5700 5650

10

25

50

75

1.5. Выводы и постановка задачи

1. Применяемые методы измерения остаточных напряжений в телах (магнитные, вихретоковые, электромагнитные, фотоупругости, поляризаци-онно-оптичес кие, метод хрупких покрытий и др.) обладают невысокой точностью и пригодны только для качественного анализа распределения остаточных напряжений при серийном и массовом производстве.

2. Одним из общих и наиболее перспективных и точных методов интегральной оценки остаточных напряжений в сплавах является акустический метод. Однако он не дает возможности разделить остаточные напряжения по уровням.

3. Как показали исследования, информативной характеристикой для определения внутренних напряжений акустическим методом являются продольная и сдвиговая волны.

4. Совместное применение рентгеновского и акустического методов контроля напряжений позволяет получить новую информацию, повысить точность контроля остаточных напряжений на практике, сократить трудоемкость.

Цель и задачи исследования. Исследовать влияние макро- и микронапряжений и соответствующего структурного состояния на ультразвуковые характеристики в сплавах улучшаемой группы после термообработки различных видов, в частности, в сталях ЗОХГСА, стали 45, 40Х и рельсовой М72. Разработать метод оценки внутренних напряжений на основе комплексного применения рентгеновского и ультразвукового методов. В соответствии с целью работы были поставлены задачи исследования.

1. Определить макро- и микронапряжения рентгеновским методом в стали 45,

А АЛ/ ТАЛ/ГЛ Л Л /ГТ">

4иА, оиА! ч^л, т/<£.

2. Исследовать влияние макро- и микронапряжений на скорость распространения объемных и поверхностных ультразвуковых волн при разных видах и режимах термической обработки.

3. Определить типы акустических волн, наиболее чувствительных к макро- и микронапряжениям и структурным составляющим в конструкционных сталях.

4. Исследовать влияние термической обработки и структурных составляющих на скорость ультразвуковых колебаний в исследуемых сталях.

5. Разработать методику измерения малых изменений скорости распространения ультразвуковых волн при оценке остаточных напряжений.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Ермолаева, Зоя Ивановна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что изменение скорости распространения акустических волн связано с величиной макро- и микронапряжений, со структурными преобразованиями, которые определяются видами и режимами термической обработки в сталях улучшаемой группы ЗОХГСА, стали 45, 40Х и рельсовой М72. При этом изменения скорости поперечных и поверхностных волн в 2 раза выше, чем продольной волны. С ростом внутренних напряжений скорость ультразвука уменьшается.

2. Наиболее чувствительными к макронапряжениям в стали 45 и ЗОХГСА являются скорости поперечной и поверхностной волны; для стали 40Х - скорость поверхностной волны; для рельсовой М72 - продольной. К микронапряжениям наиболее чувствительны скорости поверхностной и поперечной волны в исследованных сталях.

3. Предложено комплексное применение рентгеновского и акустического методов контроля внутренних напряжений в процессе термической обработки деталей подвижного состава и рельсов, что позволяет увеличить информативность и достоверность контроля.

4. Разработана схема разделения влияния структурных составляющих и внутренних напряжений на изменение скорости распространения акустических волн в сталях на основе результатов измерений скорости ультразвука в образцах при механическом нагружении и после термической обработки. Установлено, что при изменении скорости поперечной волны в стали ЗОХГСА, на микронапряжения, обусловленные структурными факторами приходится 0,86% , на макронапряжения - 1,0%.

5. Разработана методика измерения скорости распространения акустических волн при оценке остаточных напряжений, которая может быть использована в промышленности.

6. Расчетный экономический эффект при использовании предлагаемой методики оценки внутренних напряжений в расчете на 1год составляет 1240,05 тыс. р.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ермолаева, Зоя Ивановна, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Давиденков H. Н. Рентгенография в приложении к испытанию материалов: Сборник. - 1936. - 393 с.

2. Тейлор А. Рентгеновская металлография / Пер. с англ.; Под ред. Б. Я. Пинеса. -М.: Металлургия, 1965. - С. 663, 355-356.

3. Orowan Е. Symposium on Internal Stresses in Metals and Alloys /Institute of Metals. -L. - 1947.- P. 47.

4. Ильина В. А., Крицкая В. К., Курдюмов Г. В. Проблемы металловедения и физики металлов: Сборник. - М.: Металлургиздат, 1951. - 222 с.

5. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: В 2 ч. - М.: Машиностроение, 1974. Ч. 1: Деформация и разрушение. - 472 е.; Ч. 2: Механические испытания. Конструкционная прочность. - 368 с.

6. Васильев Д. М., Смирнов Б. И. Некоторые рентгенографические методы изучения пластических деформированных металлов // Успехи физических наук. - М., 1961. - Т. 73, вып. 3. - С. 503-558.

7. Биргер И. А. Остаточные напряжения. - М.: Машгиз, 1963. - 232 с.

8. Остаточные напряжения: проблемы и перспективы / И.А. Биргер, М.Л. Козлов// Технология остаточных напряжений: Материалы 3-го Всесоюз. еимпоз. — М., 1988.-С. 60-73.

9. Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия.- М.: Машиностроение, 1982. - 235 с.

10. Мак Лин Д. Механические свойства металлов / Пер. с англ.; Под ред. Я. Б. Фридмана. -М.: Металлургия, 1965. -431 с.

11. Акулов Н. С. Ферромагнетизм. - М.; Л.: Госиздат, 1939. - 188 с.

12. Becker R., Döring W. Ferromagnetismus. - Berlin. - 1939. - 389 p.

13. Наумов H. С., Куракин Г. M. Электромагнитный метод оценки напряжений в ферромагнитных сварных швах // Автоматическая сварка. - 1968. - Ks 11. -С. 32-34.

14. Дубицкйй Л. Г. Радиотехнические методы контроля в машиностроении. — М: Мапггиз, 1963. - 340 с.

15. Шель М.М. Измерение напряжений в металлах магшггоупрутими методами // Тр. межобл. конф. по неразрушающим методам контроля / Иркутск НИИХИММАШ., 1962. - Иркутск, 1962. - С. 22-25.

16. Мирюк В. П., Пискунов Д. К., Семенов М. Г. Опыт применения магшггошумо-вого метода для измерения остаточных напряжений // Тр. Всесоюз. еимпоз. по остаточным напряжениям и методам регулирования / АН СССР. - М., 1982. -С. 295-299.

17. Бозорт Р. Ферромагнетизм. - М., 1956. - С. 420-427.

18. Sundstrom О.. Totronene К. The use of Barfchausen noise analysis in nondestructive testing / Materials evalution. - 1979. - V. 37. - № 3. - P. 51-56.

19. Селезнев В. Ю. Приборы для контроля остаточных напряжений // Электронные и электромагнитные измерительные устройства в измерительной технике / ОМПИ. - Омск, 1981. - С. 35-38.

20. Беда П. И. Вихревой контроль малых изменений свойств ферромагнитных сталей при их поверхностной обработке // Дефектоскопия. - 1970. — № 6. -С. 135-136.

21. Власов В. В., Комаров В. А. Магнитное поле вихревых токов над поверхностной трещиной в металле при возбуждении их накладным индуктором // Дефектоскопия. - 1972. - № 2. - С. 5-11.

22. Гаращенко В. М. Исследование напряжений методом фогоулругости // Тр. ЦШИТМАШ. - М., 1972. - 103 с.

23. Хилышер Р. Фотопластичность: Сб. переводов. - М.: Металлургиздат, 1956. -

1М-~ 1 -

JNH 1. — ¿ОУ С.

24. Александров А. Я., Ахметзянов М. X. Поляргоационно-оптические методы механики деформируемого тела. - М.: Наука, 1973. - 576 с.

25. Ахметзянов М. X. К определению остаточных напряжений методом фотоупругих покрытий // Механика деформируемого тела и расчет транспортных сооружений: Сб. ст. - Новосибирск, 1978. - С. 92-96.

26. Финк К., Рорбах X. Измерение напряжений и деформаций. - М.: Машгиз. -1961. - 535 с.

27. Вишняков Я. Д., Пиекарев В. Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах. - М.: Металлургия, 1989. - 253 с.

28. Хадзимэ Окубо. Определение напряжений гальваническим меднением: Пер. с яп. - М.: Машиностроение, 1969. - 151 с.

29. Чернышев Г.Н. и др. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах. — М.: Наука, 1996. — 240 с.

30. Биргер И. А. Остаточные напряжения в элементах конструкций. Остаточные технологические напряжения /7 Тр. 2-го Всесоюз. симпоз. - М., 1985. — С. 5-27.

31. Михайловский В. Н., Цыхан А. Н. О влиянии статических напряжений на звукопроводимость и скорость звука в металлах // Изв. АН СССР.ОТН. — 1957. — jn" I.—IJV-I4-U.

32. Бениева Т. Я. Влияние пластической деформации на упругие свойства никель-хромовых сплавов // Применение ультразвуковых колебаний для исследования свойств контроля качества и обработки металла и сплавов / АН УССР. — Киев, 1960. - С. 62-67.

33. Bergman R. N., Shahuender R. A. Effect of statically applied stresses on tht velocity of propagation of ultrasonic waves // Y. Appl. Phys. - 1958. - V. 29. - №> 12. -P. 1736-1739.

34. Коновалов E. Г. Орехов Г. Т. Измеритель остаточных напряжений. — Докл. АН БССР. - 1968. - Т. 12.- № 14. - С. 989-992.

35. Буденков Г. А., Ннкифоренко Ж. Г., Школьник И. Э. Оценка напряженного состояния материалов с помощью ультразвука И Заводская лаборатория. — 1966. — Т. 32. - № 8. - С. 962-965.

36. Школьник И. Э. Исследование анизотропии и напряженного состояния бетона с помощью сдвиговых ультразвуковых колебаний: Дис. ... канд. техн. наук. — М„ 1968.

37. Бобренко В. М. Ультразвуковые методы и устройства для контроля качества механических напряжений // Дефектоскопия. - 1983. - № 12. - С. 8-11.

38. Бобренко В. М., Булгакова Л. В., Воскобойник И. А. К расчету напряжений в резьбовых деталях по результатам ультразвуковых измерений // Дефектоскопия. - 1976. - № 6. - С. 95-100.

39. Benson R. W., Raeison V. J. From ultrasonics a new stecsanalvsis technique. Acoustoelacticity . - Prod. End. - 1959. - V. 30. - P. 56 - 59.

40. Residual stress determination in aluminium using electromagnetic acoustic transducers / A. V. Clark, Tr. I. C. Moulder // Ultrasonics. - 1985. - V.23. - № 6. -P. 253 - 259.

41. NDT with Rayleigh and optical waves / G. S. Kino H Rayleigh-Wave Theory and Appl. Proc. Int. Symp., London, 15-17 My, 1985. - Berlin e. a., 1985. - P. 300-322.

42. influence of texture on the temperature dependence of ultrasonic velocities / E. Scheneider, S. L. Chu, K. Solania /7 Ultrason. Symp. Proc., Dallas, Tex., 14-16 Nov., 1984. - V. 2. - N. Y. - 1984. - P. 944-949.

43. Evalution of the absolute acoustoelastic stress measurement technique / S. S. Lee, I. F. Smith, R. B. Thompson /7 Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. Proc. 11 Annu. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval., San Diego, Calif., 8-13 July, 1984. - V. 4B. -N. Y.;L., 1985.-P. 1061-1069.

44. Acoustoelastic measurements of elastic-plastic and residual stresses // Fisher J. Martin // Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. Proc. 11 Annu. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval., San Diego, Calif, 8-13 July, 1984. - V. 4B. - N. Y.; L., 1985. -P. 1051-1059.

45. Acoustoelastic birefringence in plastically deformed solids / Pao Yih Hsing, Hirao Masahiko // Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. Proc. 11 Annu. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval., San Diego, Calif., 8-13 July, 1984. - V. 4B. - N. Y.; L., 1985. -P. 1071 - 1077.

46. Naprezenia wlasne w szynack kolejowych- nietouy wyznaczania / Stanislaw Struk, Andrzej Mieraik, Kazysztof Flak // Hutnik (PRL). - 1986. - V. 53. - №> 1. - P. 13 -18.

47.Применение акустического метода определения напряжений в сварных конструкциях /' О. И. Гуща, Ф. Г. Махорт и др. // Техническая диагностика и неразру-шающий контроль. - 1995. - № 4. - С. 8-15.

48. Чернооченко А. А., Махорт Ф. Г., Гуща О. И. Применение теории акустоупру-гости поверхностных волн Рэлея для определения напряжений в твердых телах // Прикладная механика. - 1991. - № 1. - С. 44 - 49.

49. Гуща О. И., Махорт Ф. Г. Акустический способ определения двухосных остаточных напряжений // Прикладная механика. — 1976. — № 10. - С. 32 - 36.

50. Романипган И. М. Томографическое восстановление тензорного поля напряжений методом акустоупрутости // Дефектоскопия. - 1995. - № 9. - С. 46 - 51.

51. Гузь А. Н.. Махорт Ф. Г., Гуща О. И. Введение в акустоупругость. - Киев: На________ 1 QT7 ICI „

ук. дум^а, 1У /1. — 1л с.

52. Бобренко В. М., Ваше ли М. С., Куценко А. Н. Акустическая тензометрия. -Кишинев: Штиинца, 1991. - 204 с.

53. Разработка и оптимизадия оборудования и процесса ультразвуковой обработки сварных соединений с целью снижения остаточных напряжений //Техническая диагностика и неразрушающий контроль / Г. И. Прокопенко, А. Я. Недосека, А. А. Грузд, Т. А. Красовский. - 1995. - № 3. - С. 14 - 22.

54. Вайнштейн А. А. Взаимосвязь микро- и макронапряжений в металлах // Проблемы прочности. - 1994. - № 4. - С. 75-83.

55. Труэл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела.-М.: Мир, 1972. - 307 с.

56.Васильев Д. М. К методике рентгеновского измерения макро- и микронапряжений методом угловых снимков // Журнал технической диагностики. - 1959. -Т. 25. - № 1.-С. 70-75.

57. Macherauch Е. Metall. - 1980. - Bd. 34, H 5. - S. 443 - 452.

58. Васильев Д. M., Трофимов В. В. Современное состояние рентгеновского способа измерения макронапряжений // Заводская лаборатория. — 1984. — № 7. —

Л ЛА г\с\

V.,, zu - ¿п,

59. Васильев Д. М. Физическая кристаллография. - М.: Металлургия. —1981,— 248 с,

60. Васильев Д. М. Методика рентгенографического измерения напряжений // Заводская лаборатория. - 1965. - № 8. - С. 972 - 978.

61. Фукс М. Я., Гладких Л. И. О некоторых особенностях рентгенографического метода измерений упругих напряжений // Заводская лаборатория,-1965. 8. -С. 978 - 983.

62. Фукс M. Я., Гладких Л. И., Прыткин В. В. Рентгенодифрактометрическое исследование остаточных напряжений при обработке резанием // Изв. вузов. Физика. - 1967. - № 3. - С. 46-51.

63. Васильев Д. М. Дифракционные методы исследования. - М.: Металлургия. -1977. - 24В с.

64. Рентгенотехника. Т. 2: Справочник / Под ред. В. В. Клюева. - М.: Машиностроение. - 1980. - 383 с.

65. Расчеты и испытания на прочность. Определение макронапряжений рентгеновскими методами: Метод, рекомендации / ВНИИНМАШ. - М., 1982. - 63 с.

66. Yasukazu Jkenchi, Koji Iga, Takao Hanabusa // Zairjo Y. Soc. Mater. Sei. Jap. -1994. -V. 43. - № 490. - P. 729 - 798.

67. Taking account of the grain plastic anisotropy in X-ray macrostress / A. R. Gokhom, L. J. Reznic // EU Romat'94 Top.: 18th Conf. Mater. Test. Metall. 11th Congr. Test., Balatonszeplak, 30 May -1 June, 1994. Conf. Proc. V. 4. - 1994. - P. 1333 - 1338.

68. Лысак Л. И. Определение истинной ширины рентгеновских интерференционных линий с применением стандартного образца // Вопросы физики металлов и металловедения. - 1954. - № 5. - С. 40 - 53.

69.Горелик С. С., Растортуев Л. Н., Скаков Ю. А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. - М.: Металлургия, 1970. - 368 с.

70. Wilson A. Y. С. Proc. Phys. Soc. - 1962. - V. 80. - № 513. - P. 286.

71. Каган А. С., Сновидов В. М. Анализ формы дифракционных линий низкоотпу-щенного мартенсита / Физика металлов и металловедение. — 1965. — Т. 19. — №2.-С. 191-198.

72. Мороз Э. М. Изучение структуры и субструктуры поликристаллических материалов, подвергнутых ударному сжатию: Дис. ... канд. физ.-мат. наук. - Новосибирск, 1971. — 84 с.

73. Москвичев Е. П., Щербакова И. А. Программа определения микронапряжений и размера когерентного зерна рассеивающих областей по расширению линий на дифрактограмме методом гармонического анализа // 2-й Межреспубл. семинар "Современные методы и аппаратура рентгеновского дифрактометрического исследования материалов в особых условиях": Тез. докл. - Киев, 1991. - 48 с.

1A. Кулиш Я. M., Любченко А. П., Пирогов А. В. Методика рентгенографического определения остаточных напряжений в локальных зонах И Конструкционная прочность двигателей: Тез. докл. 13-й Веесоюз. науч.-гехн. конф., 25-27 июня. 1991. - Самара, 1991.-35 с.

75. Способ решгенострушурного анализа: А. с. 1679315 СССР. MKIG 01 № 23/201 / Т. В. Клевцов. - № 4669776125; Заявл. 30.03.89: Опубл. 23.09.91, Бкш. № 35.

76. Residual stress determination in a steel fatiquetest specimen // H. J. Prask. C. S. Choi, T. Cordes //Nist Techn. Note. - Î992. - № 1292. - P. 118 -120.

77. Исследование субструктуры катализаторов рентгенографическими методами. О методе определения субструктурных характеристик. Кинематика и анализ / Э. М. Мороз, С. В. Богданов, С. В. Цыбуля, Т. Д. Камбарова, X. Шпиндлер. -1984. - Т. 25. - № 1. - С. 171-177.

78. Богданов С. В., Мороз Э. М., Цыбуля С. В. Исследование субструктурных катализаторов рентгенографическими методами. Субструктурные характеристики палладиевой черни // Кинетика и анализ. - 1984. - Т. 25. - № 5. - С. 1209 -1212.

79. Красавин В. В. Ультразвуковой контроль содержания остаточного аустенита в стали Х12Ф1 // Дефектоскопия. - 1980. - № 12. - С. 94-95.

80. Применение высокотемпературной рентгенографии для исследования кинетики фазовых превращений в поверхностных слоях / В. А. Ланда и др. // Заводская лаборатория. - 1960. - Т. 26. - jY* 1. - С. 71-73.

81. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. В 3 т. Т 1: Метод испытания и исследования / Под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

82. Лаборатория металлографии / Е. В. Панченко, Ю. А. Скаков, Б. И. Крамер и др. - М.: Металлургия, 1965. - 440 с.

83. Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Липецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

84. Алерс Дж. Измерения очень малых изменений скорости звука и их применение для изучения твердого тела // Физическая акустика: В 4 т. / Под ред. У. Мэзо -на. - М.: Мир, 1969. - Т. 4. - С. 322 - 344.

85. Муравьев B.B., Комаров К.Л. Ультразвуковой индикатор структурных превращений ИСП - 12. - Новосибирск: ЦНТИ, 1993. - №181 - 93.

86. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. - Новосибирск: Наука. Сиб. огд-ние, 1996. - 181 с.

87. Муравьев В. В. Закономерности изменения скорости распространения ультразвука при термической обработке сталей и алюминиевых сплавов: Атореф. дис. ...д-ра техн. наук. - Томск, 1993. - 40 с.

88. Положительное решение на заявку 501225 4/28. Раздельно-совмещенный преобразователь для определения физико-механических свойств металлов /

B.В. Муравьев, A.B. Шарко, А.Н. Лебедев и др. - Принято 29.04.93.

89.James M. R., Cohen Y. В. Treatise Mater. Sei. and Technoî. - 1980. - V. 19. - P. 162.

90.Комяк H. И., Мясников Ю. Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л.: Машиностроение. Ланингр. отд-ние. - 1972. - 87 с.

91.Аксенов Г. И. Изменение упругих напряжений в мелкокристаллическом агрегате методом Дебая - Шеррера // Журнал прикладной физики. - 1929. - Т. 6. -

C. 3-15.

92. Уоррен Б. Е. Рентгеновские исследования деформированных металлов / Пер. № 3797. - 1974. - 68 с. Источники: Progress in metals Physis. L.: N.Y., 1957. -V. 8. - P. 147 - 200.

93. Иверонова В. И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. - 121 с.

94. Е. Bertaut. Acta Crystallogr. - 1950. - V. 3. - P. 14.

95. Адлер ЮЛ, Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 278 с.

96.Канев B.C. Хиченко В.Г. Метод наименьших квадратов и элементы статического анализа зависимостей: Метод, указания / НСХИ. - Новосибирск, 1984. -33 с.

97.Гузь А. Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями: В 2 т. - Киев: Наук, думка, 1986. - Т. 1. - 376 е.; Т. 2 - 536 с.

98.Бобренко В. М., Вагаели М. С., Куценко А. И. Акустические методы контроля напряженного состояния деталей машин. - Кишинев: Штиинца, 1981. - 147 с.

99. Бобренко В.М., Вагнели М.С., Куценко А.И. Акустика и ультразвуковая техника. - Киев: Техника, 1987. - Вып. 19,- С.44 - 47.

100. Бобренко В.М., Вагнели М.С., Леснико В.П. Акустика и ультразвуковая техника. - Киев: Техника, 1988. - С.40 - 50.

101. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Ермолаева З.И. Влияние внутренних напряжений на скорость ультразвука в сталях // Актуал. проблемы прочности / Нов-гор. гос. ун-т. - Новгород, 1994. - ч.1,- С.39.

102. Ермолаева З.И. и др. О возможности оценки напряженно-деформированного состояния металла деталей подвижного состава по измерению скорости ПАВ // Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций / В.В. Муравьев, А.Н. Курбатов, Е.М. Сухарев, З.И. Ермолаева. -Репино; Спб, 1955,- С. 119-122.

103. Муравьев В.В., Ермолаева З.И., Васильев А.Г. О разделении влияния напряжений I и II рода на скорость ультразвука в сталях // Проблемы безопасности труда, экологии чрезвычайных ситуаций на ж. - д. транспорте / СГАПС,- Новосибирск, 1995. - С. 141.

104. Муравьев В.В., Ермолаева З.И., Зуев Л.Б. К вопросу влияния внутренних напряжений на распространение поверхностных волн в сталях // IV Меж-дунар. науч. конф. « САДАМТ 95- Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий » / Рос. материаловед, центр. -Томск, 1955,- С.133.

105. Ермолаева З.И. и др. Оценка внутренних напряжений в металлах рентгеновским и акустическим методами // Тез. докл. науч.- техн. конф., посвящ. 65- летию ун-та « Проблемы ж. - д. транспорта и трансп. строительства Сибири » / В.В. Муравьев, К.Л. Комаров, З.И. Ермолаева, A.B. Шарко. - Новосибирск, 1997. - С.200 - 201.

106. Бедарев A.C., Муравьев В.В., Ермолаева З.И. Перспективные полимерные закалочные среды для алюминиевых сплавов и сталей // 3-е Собрание металловедов России / Рязань ЦНТИ, 1996. С.37-38.

107. Muravjev V.V., Bedarew A.S., Ermolaewa Z.L Perspectiv Polymers Hare-dened Media for Aluminum Alloys and Steels // 2-nd Intern. Conf. on Quenching and the Control of Distortion, Cleveland, Ohio, 1996,- P. 187- 198.

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

109. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Билута А.П. Взаимосвязь структуры и механических свойств инструментальной углеродистой стали со скоростью распространения ультразвуковых колебаний // Техн. диагностика и неразру-шающий контроль. - 1992 №2,- С.69 - 71.

ПО. Муравьев В.В., Билута А.П., Кодолов В.П. Ультразвуковой контроль термообработки сварных швов и паропроводов из стали 12Х1МФ 11 Современные физические методы и средства неразрушающего контроля. - М.: О-во «Знание», 1988,- С.26 - 28.

111. Левитан Л.Я., Федорченко А.Н., Шарко А.В. Влияние режимов термообработки на акустические характеристики углеродистых сталей 11 Дефектоскопия. - 1980. - №9. - С.52 - 57.

112. Лебедев А.А., Левитан Л.Я., Шарко А.В. Оценка влияния химического состава на результаты измерений механических свойств стали 40Х акустическими методами // Дефектоскопия. - 1979. - №2. - С.81 - 84.

113. Лебедев А.А., Шарко А.В. Об акустическом контроле прочностных характеристик стали// Дефектоскопия. - 1979. - №3. - С.107 - 109.

114. Щукин В.А. Скорости распространения ультразвуковых волн в различных металлах и сплавах 11 Дефектоскопия. - 1977. - №3. - С.65 - 68.

115. Papadakis Е.Р., Ultrasonic attention and velocity in three transformation products in steel // Y. Appl. Phys. - 1964. - V.35. - №5. - P. 1474 - 1482.

116. Papadakis E.P., Ultrasonic attention and velocity in SAE 52100 steel quenched from various temperatures 11 Metallurg. Trans. - 1970. - V.l. - №4. - P. 1053 -1057.

117. Papadakis E.P. Ultrasonic nondestractive test for the détection of împroper heat treatment of steel // Mater. Eval. - 1965. - №3. - P. 136 - 139.

118. Papadakis E.P. Influence of crein structure of Applied Physics // Y. Appl. Phys. - 1969. - V.30. - №5. - 1463 p.

119. Муравьев B.B., Ермолаева З.И., Курбатов A.H. Влияние структурных факторов и внутренних напряжений на распространение волн Рэлея в сталях // Всерос. конф. «Расчетные методы в механике деформ. тв. тела» / СГАПС. - Новосибирск, 1995. - С.49.

120. Муравьев В.В., Ермолаева З.И. Зависимость скорости ультразвука от структурных параметров в термообработанных сталях // IV Междунар. конф. «Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий» / Новокузнецк, 1995. - С.248 - 249.

121. Муравьев В.В. Взаимосвязь структуры и твердости сталей со скоростью объемных и поверхностных акустических волн // Изв. вузов. Черная металлургия, 1991. - №10. - С. 100 - 102.

122. Лысак Л.И. Изменение тонкой кристаллической структуры закаленной стали при отпуске // Вопросы физики металлов и металловедения. - 1951. -№6. - С.28 - 40.

123. Вакуленко И.А. , Надеждин Ю.Л., Емельянов В.М. О влиянии размера зерна феррита и объемной доли аустенита на зависимость скорости распространения звуковых колебаний от твердости стали // Дефектоскопия. -1993. - №7. - С.32 - 36.

124. Рикельман И.Л. Методика расчета народно-хозяйственного экономического эффекта от повышения качества средств неразрушающего контроля// Дефектоскопия. - 1978. - №1. - С.85 - 98.

Согласовано

Гл. экономист АОЗТ "ЛЁН" О.В. Рябцев

Утверждаю Директор АОЗТ]^НЬ\* Ю.И. Семынин

Методика расчета технико-экономического эффекта при оценке остаточных напряжений

Остаточные напряжения оказывают влияние на показатели качества деталей и заготовок, как в процессе изготовления, так и при их эксплуатации и на механические свойства конструкционных материалов. Поэтому контроль остаточных напряжений важен и необходим при наладке новых технологических процессов, на металлургических заводах, изготавливающих рельсы и прокат и на машиностроительных предприятиях выпускающих готовую продукцию.

Чем раньше произвести оценку остаточных напряжений, тем быстрее можно проводить отбраковку деталей, не затрачивая времени на механическую обработку деталей, экономя электроэнергию и не загружая станочный парк. Такой контроль дает возможность снимать со сборки детали с недопустимыми значениями остаточных напряжений, которые могут терять свои показатели качества в процессе эксплуатации и приводить в негодность целые узлы машин.

Выявление влияния режимов технологического процесса на характер распределения и значения остаточных напряжений в готовой детали или заготовке позволяет выбрать оптимальный режим, создающий сжимающие остаточные напряжения. Строгое соблюдение этих режимов обеспечивает снижение брака.

Таким образом использование неразрушающих методов контроля является экономически выгодным, так как значительно сокращает брак благодаря применению рациональной технологии, экономит рабочее время, повышает качество и надежность выпускаемых деталей, обеспечивает высокую оперативность и достоверность информации. Чем выше точность контроля, тем он более экономически целесообразен.

За основу расчета технико-экономической эффективности принята методика И.Л. Рикельмана.

Абсолютная величина экономии, получаемая в народном хозяйстве от применения контроля остаточных напряжений определяется как:

Э = У-Р-3,

где У - возможные убытки в народном хозяйстве при отсутствии контроля остаточных напряжений в производстве, обработке резанием и эксплуатации изделий с остаточными напряжениями того уровня, которые могут быть выявлены;

Р - непроизводительные расходы на производство и обработку изделий, в которых имеются или возникают указанные остаточные напряжения, вплоть до их обнаружения;

3 - обобщенные затраты, связанные с контролем.

Экономический эффект от замены используемого в настоящее время средства контроля остаточных напряжений новым и более совершенным определяется по формуле:

Эс = Э2-Э1 = (У2-Р2-32)-(У1-Р]-31)

где Э] и Эг - экономия от использования существующего метода и нового соответственно (для одинакового количества однородных контролируемых изделий).

В случае, когда полностью совпадают показатели назначения, т.е. используются на одном и том же этапе технологического процесса, при контроле идентичных изделий или полуфабрикатов:

Эс = 3!-32, так как У1 = У2 и Р1=Р2.

При частичном совпадении показателей назначения методов контроля или средств сравнение затрат, связанных с контролем, можно осуществить только для общей области (идентичные условия эксплуатации и выявляемые остаточные напряжения).

Текущие затраты на контроль слагаются из трудовых затрат, расхода электроэнергии, материалов, инструмента, затрат связанных с эксплуатацией производственной площади.

Амортизационные отчисления в текущие затраты включать не следует, поскольку они состоят из отчислений на капитальный ремонт. Поэтому, если амортизационные отчисления на полное восстановление будут учтены в текущих затратах, то стоимость средства контроля будет использована дважды в расчете затрат, связанных с внедрением нового прибора. Включать в текущие затраты отчисления на капитальный ремонт нельзя, т.к. он осуществляется не каждый год и требует значительных единовременных затрат.

Расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемой методики измерения для контроля остаточных напряжений

При производстве железнодорожных рельсов типа Р50, Р65 и Р75 широкой колеи, термообработанных путем объемной закалки в масле проводят контроль остаточных напряжений 1-ой пробы каждой 4-ой плавки не реже одного раза в сутки согласно ГОСТ 18267 - 82.

Остаточные напряжения контролируют, надрезая в продольном направлении пробный отрезок рельса длиной 600 мм, вырезанный на расстоянии не менее 1.5 м от торца одного из готовых (закаленных и выправленных) рельсов.

Пробный отрезок рельса надрезают в холодном состоянии по нейтральной оси рельса на длину 400 мм путем строжки, фрезерования или резки абразивным кругом. Ширина паза должна быть 5-7 мм.

Расхождение паза определяют по изменению высоты пробного отрезка у надрезанного торца до и после надреза.

В готовых рельсах не допускаются остаточные напряжения, приводящие к расхождению пазов длиной 400 мм у конца пробного отрезка рельсов длиной 600 мм более чем на 3,7 мм.

При неудовлетворительных результатах испытаний повторному отпуску подвергают 20 рельсов до отбора пробы и 80 рельсов после с последующим контролем твердости и остаточных напряжений этих рельсов.

Новая методика контроля остаточных напряжений с применением прибора ИСП-12 по сравнению со стандартной имеет преимущества: высокая точность измерения скорости ультразвука, меньшие затраты времени и расхода электроэнергии, возможность контроля каждой плавки.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Исходные данные для расчета экономического эффекта от внедрения новой методики

Показатель Значения

Годовой объем производства, тыс. т 300

Объем производства в месяц, тыс. штук 15,385

т

Вес одного рельса типа Р65 длиной 25 м, т 1,625

Годовой объем контроля, шт. 365

Стоимость 1 тонны металла, тыс. р. 2Д

Стоимость 1 кВт /ч, р. 0,40

Стоимость фрезы, тыс. р. 19,125

Стоимость станка, тыс. р. 2,0

Мощность станка, Вт 3000

Стоимость прибора ИСП -12, тыс. р. 15,0

Мощность прибора ИСП - 12, Вт 30

Количество фрез, необходимое для распиловки в год, шт. 2

Стоимость рентгеновской установки ДРОН - 3, тыс. р. 60

Текущие затраты на контроль в год, тыс. р. стандартная методика предлагаемая методика 1324,651 84,605

Текущие затраты на контроль по стандартной методике определяются по формуле:

З1 Ззп+Ззд +3пя +3 ст +3фр, где 3} - текущие затраты на контроль по стандартной методике; Ззп - зарплата рабочего в год, тыс. р. ; Зэл - стоимость потребляемой электроэнергии, тыс. р. ; Зля - стоимость металла идущего на переплавку после контроля

остаточных напряжений, тыс. р . ; Зет - стоимость станка, тыс. р. ; Зфр - стоимость используемых фрез, тыс. р .

31= 19,200+0,438+1266,763+38,250=1324,651 тыс. р.

Текущие затраты на контроль по предлагаемой методике рассчитываются по формуле:

З2 Ззп +3эл ~^3пр + Зру,

где З2 - текущие затраты на контроль по предлагаемой методике;

Зпр - стоимость прибора ИСП -12 ;

Зру - стоимость рентгеновской установки ДЮН - 3.

32 = 15,0+9,6+0,00438 + 60,0 = 84,605 тыс. р

Экономический эффект составляет: Эс = 3] - 32

Эс = 1324,651-84,605=1240,05 тыс. р.

Экономический эффект при использовании предлагаемой методики оценки остаточных напряжений в расчете на один год составляет 1240,05 тысяч рублей.

Расчет произвела

З.И. Ермолаева