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分享:含裂纹钢试样在拉伸过程中的声发射特性

2023-03-15 15:45:27 

张志魁1,赵红玉2,张春环2

(1.中国石油工程建设有限公司 华北分公司,任丘 062552;2.河北沧海核装备科技股份有限公司,盐山 061300)

摘 要:对于带有I型裂纹的 SM490A 钢和 SUS304,声发射特征参数及裂纹尖端特定点的温度,分析了结果:声发射能量计数振铃累积计数在裂纹扩展的各个阶段都有着明显的曲线特征,且曲线特征和 屈服强化阶段的应力-线,计数强化阶段的塑性变;率决温度;I 型裂纹的SM490A SUS304,裂纹扩展阶段

关键词:SM490A ;SUS304;;;中图分类:TG115 :A :1001-4012(2021)03-0027-04

声发射技术引进断裂力学是为了满足断裂力学 的快速发展研究初期,声发射技术在断裂力学的应用以特征参数描述断裂过程为主,徐长航等[1] 对钢制标准试样进行了拉伸断裂及疲劳裂纹开裂试 ,并对试样的声发射特性进行了分析,研究了声发 射的特征参数与试样力学性能之间的关系,研究结 果表明,声发射信号的能量计数振铃计数和幅值等 特征参数能够很好地反映试样整个断裂过程的力学 参数,将声发射技术用于工程上的损伤检测也是十 分有效的后来龚斌等[2-7]又对带缺陷的一系列塑 材料的声发射,中用 线切割技术制造试,,检测到的声发射信号进行分析,从而研究其断裂时 的声发射信号特性。MOSTAFAVIS[8-9]对金属 材料拉伸断裂过程中声发射振铃计数与应力-应变 曲线的关MERIAUXJ [10-13]3量计数进行了研究,发现不同类型的裂纹产生的能 量计数也是不相同的,但是能量计数在每个阶段都 有着明显的特征SM490A 钢和SUS304不同力学行为,笔者对两种钢试样在拉伸过程中的 声发射振铃累积计数能量计数和表面温度等参数 进行了测量和对比分析


1 试验方法

试验使用厚3mm、45mm 和长230mm SM490A 钢和SUS304钢板材,其尺寸如图1所示试样中间用线切割加工出宽度为0.3 mm 的裂纹考虑材料各向异性对试验结果的影响,将两种钢试 样都沿轧制方向(R试样)和垂直轧制方向(T 试样) 制成两种平板试样。SM490A 分别 50mm·min -1 5 mm·min -1,SUS304试样拉伸速度为25mm·min -11 拉伸试样尺寸 Fig 1 Tensilesamplesize 声发射及特定点温度测量试验现场如图2,在试样的裂纹尖端附近贴电阻应变片,测量应 ;在两侧分别放置声发射探头温度测量仪和夹式 引伸计,测量试验过程中的声发射振铃累积计数量计数和表面温度等参数


2 试验结果与分析

2.1 SM490A

3和图4SM490A 钢的应力声发射振铃 累积 计 数 和 时 间 之 间 的 关 系 图,5 和 图 6 SM490A 钢的热电偶温度声发射能量计数和时间 之间的关系图,其中热电偶温度为相对于试样初始 状态的相对温度从图3,4中可以看出,在低速拉伸时,弹性阶段 的振铃累积计数呈对数型增长;屈服强化阶段,铃累积计数增长速率保持不变;裂纹扩展阶段,振铃 累积计数的增加量各不相同,变化趋势基本为指数 型曲线,直到振铃累积计数不再增加在高速拉伸时,R试样在应力到达峰值的60% ,振铃累积计数缓慢增长,与应力变化曲线吻合度 不高;而应力达到60%峰值后振铃累积计数增长较 ,此时振铃累积计数曲线与应力变化曲线有较高 的吻合度。T 试样在屈服强化阶段,振铃累积计数 匀速增加,直到断裂阶段振铃累积计数变化呈指数 型增长从整体上来看,R试样和 T 试样的振铃累积计 数曲线基本和应力-应变曲线保持一致,不同拉伸速 度下试样的振铃累积计数曲线则有着较大的差异所以试样在不同拉伸速度下的断裂过程中,塑性变 裂纹扩展过程并不是一致的,存在着差别根据图5,6可以看出,弹性阶段中,无论拉伸速 度高低,由于热弹性效应的影响,试样表面温度降 ,热电偶测量的温度显示试样表面降低了1 而显示的声发射能量计数却不同,低拉伸速度 R试样和 T 试样的声发射信号温度变化趋势完 全相同拉伸开始时,出现了较高的声发射能量,由于试样与试验机夹头产生了摩擦噪声信号;随着 载荷的增加,噪声信号减少,出现的声发射信号为局 部塑性变形产生的信号在屈服强化阶段,由于试样整体进入了屈服阶 ,塑性变形程度较大,所以试样表面温度升高时由于拉伸速度不同,各测量点温度和红外图像表 现出不同的结果高速下,试样靠近裂纹尖端区域 的温度以相同的趋势上升,表明该区域的塑性变形基 本相同;而此阶段的声发射信号却不一样此阶段 R 试样信号变化不大,呈前高后低趋势,应力最大时,量信号小;T试样的能量计数值高于 R试样的,中间 有几个突发型能量计数出现,在应力最大时,能量计 数最大低速拉伸下,R试样与 T试样的声发射和温 度曲线与高速下表现出同样的趋势屈服强化阶段 T试样的塑性变形程度大于 R试样的;T 试样出现的突发型信号表明 T 试样在塑性变形过程中,晶体滑移的不连续性多于 R试样的含裂纹钢试样的断裂过程主要是裂纹的扩展, 这期间试样温度在靠近裂纹扩展区域的地方急剧升 ,表明除了塑性变形产生温度外,裂纹扩展产生的 形的2.2 SUS3047SUS304不锈钢试样的声发射振铃累积 计数载荷和时间之间的关系图,8为能量计数温度和时间之间的关系图


由图可见:R 试样和 T 试样在屈服强化阶段 中的振铃累积计数的变化均呈上升趋势;由于 R 样在屈服时就有大量的声发射信号出现,因此 R 样前段的振铃累积计数上升较快,T 试样在此阶段 内的振铃计数稳定增加表明 R 试样的塑性变形 程度比 T 试样的大断裂过程中 T 试样的能量计 数多于 R 试样的,表明 T 试样的裂纹开裂扩展程 度大于 R试样的无论 R试样还是 T 试样,整个过程中温度变化 趋势相同,最高温度接近,表明从宏观来看两者的塑 性变形率引起的温度变化相同

3 结论

(1)声发射能量计数振铃累积计数在裂纹扩 展的各个阶段都有着明显的曲线特征,且曲线特征 和屈服强化阶段的应力-应变曲线基本吻合,因此 可以用声发射能量计数振铃累积计数来描述屈服强化阶段的塑形变形程度(2)变形率决定了变形至断裂过程中试样 的温度(3) 对 于 带 有 I 型 裂 纹 的 SM490A 钢 和 SUS304,拉伸过程中声发射信号主要集中在塑 性变形阶段和裂纹扩展阶段

来源:材料与测试网