Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Комсомольск-на-Амуре, Россия:

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

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия:

Р. В. Ромашко, ведущий научный сотрудник

В работе представлены результаты исследований стадийности накопления повреждений и усталостного разрушения алюминиевого сплава Д16АТ с использованием метода акустической эмиссии (АЭ). Сплав относится к дисперсионно упрочняемым. Основной целью исследований являлась разработка методики построения обобщенной диаграммы усталости, характеризующей стадийное накопление усталостных повреждений. В работе были проведены исследования, направленные на экспериментальную проверку гипотезы о стадийности накопления повреждений, которая может быть установлена только по регистрируемым параметрам АЭ с раздельным анализом по типам источников АЭ. В отличие от методики исследования, при которой применяют фрактографический анализ, использование метода АЭ позволяет значительно сократить объем испытаний. Идентификация источников накопления повреждений (дислокаций, микро- и макротрещин) осуществлялась по результатам ранее проведенных исследований стадийности деформации в условиях статического растяжения различных металлов и сплавов. Разделение на типы источников АЭ выполняли на плоскости двухпараметрического распределения «энергия сигналов АЭ — частотный коэффициент». Частотный коэффициент Kf определен как энергетический вклад частотных компонент спектра вейвлет-разложения в сигнал АЭ в целом. Исследования проводили на образцах листового металла, выполненных в виде балки равного сопротивления нагрузке. Вид испытания на усталость — циклический изгиб образцов с защемленным концом. Частота циклической деформации составляла 29 Гц. Испытания проводили при различных значениях максимального напряжения цикла, определяемых расчетным путем. Образцы доводили до разрушения. Акустическую эмиссию регистрировали на протяжении всего эксперимента. В работе приведены диаграммы раздельного накопления сигналов АЭ, полученных от различных типов источников (дислокации, микро- и макротрещины). Стадии накопления усталости выделяли по активности различных источников сигналов АЭ. По выделенным стадиям была построена обобщенная диаграмма усталости алюминиевого сплава Д16АТ. Разработанная методика значительно сокращает объем проводимых испытаний на усталость и фрактографических исследований.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 14-12-01122) и базовой части государственного задания (проект № 3817).

1. Haigh B. P. Hysteresis in relation to cohesion and fatigue // Trans. Faraday Soc. 1928. No. 24. P. 125–137.
2. Иванова B. C., Шанявский А. А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. — Челябинск : Металлургия, 1988. — 400 с.
3. Kocanda S. Fatigue Failure of Metals (Fatigue and Fracture). — Sijthoff and Noordhoff, 1978. — 382 p.
4. Berkovits A., Fang D. Study of Fatigue Crack Characteristics by Acoustic Emission // Eng. Fracture Mech. 1995. Vol. 51 (3). P. 401–416.
5. Harris D. O., Dunegan H. L. Continuous Monitoring of Fatigue Crack Growth by Acoustic Emission Techniques // Experimental Mechanics. 1974. Vol. 14, No. 2. P. 71–91.
6. Shanyavskiy A., Banov M. Fatigue cracking and acoustic emission regularities in metals: crack origination and growth // Key Engineering Materials. 2014. Т. 592/593. С. 735–740.
7. Urbahs A., Shanyavskiy A., Banovs M., Carjova K. Evaluation of an acoustic emission criterion of under surface fatigue cracks development mechanism in metals // 16th International Conference Transport Means. October, 25–26, Kaunas, Lithuania. 2012. P. 131–134.
8. Башков О. В., Панин С. В., Бяков А. В. Исследование влияния толщины азотированного поверхностного слоя на стадийность деформации и разрушения стали 12Х18Н10Т методом акустической эмиссии, корреляции цифровых изображений и анализа диаграмм нагружения // Физическая мезомеханика. 2010. Т. 13, № 6. С. 73–80.
9. Bashkov O. V., Bashkova T. I., Popkova A. A. The Use of Acoustic Emission for the Construction of a Generalized Fatigue Diagram of Metals and Alloys // Advances in Acoustic Emission Technology / ed. G. Shen, Z. Wu, J. Zhang. 2015. Vol. 158. P. 283–291. DOI: 10.1007/978-1-4939-1239-1_26
10. Башков О. В., Ким В. А., Евстигнеев А. И., Попкова А. А., Башкова Т. И. Исследование кинетики накопления усталостных повреждений в титановом сплаве методом акустической эмиссии // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 4. С. 41–47.
11. Красильников В. А., Крылов В. В. Введение в физическую акустику. — М. : Наука, 1984. — 403 с.
12. Иванова B. C., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. — М. : Металлургия, 1975. — 456 с.
13. Терентьев В. Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. — М. : Интермет Инжиниринг, 2002. — 288 с.