Взаимосвязь между различными физико-механическими характеристиками

Различные физико-механические характеристики могут быть связаны между собой, причем связь эта является корреляционной, т. е. устанавливается на основе анализа статистических данных измерений. Такие корреляционные зависимости необходимо устанавливать для конкретных материалов при данной технологии их изготовления, поскольку не существует однозначных зависимостей для различных материалов и условий их изготовления.

КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ может быть однопараметровой (зависимость одной характеристики материала с другой характеристикой) и многопараметровой (зависимость одной характеристики с несколькими други-ми). Строго говоря, почти все физические параметры, используемые в НК, зависят не от одного свойства материала, а от нескольких, т. е. более тесная корреляция получается при построении многопараметровых зависимостей и при осуществлении многопараметрового контроля. Однако это значительно усложняет контроль, поэтому в практике НК часто применяют однопарамет-ровые зависимости.

Для получения корреляционной зависимости, например, прочности материала с другой физической характеристикой, которую можно измерять неразрушающим методом, например скоростью распространения упругих колебаний, поступают следующим образом. На образцах материала опре-деленной формы и размеров определяют скорость распространения упругих колебаний С, затем эти же образцы разрушают и находят прочностную характеристику, например прочность на сжатие σ_сж. По полученным данным строят графики и определяют корреляционную связь в виде эмпирической зависимости σ_сж от скорости C. Полученную зависимость используют далее для определения σ_сж по результатам измерения скорости С непосредственно в изделиях.

Анализ взаимосвязей между различными свойствами материала показы-вает, что в зависимости от материала и его структурного состояния более тесная корреляция может быть получена в одном случае по одной физической характеристике, а в других – по другой или по нескольким другим. Поэтому полученные корреляционные зависимости справедливы в ограниченных преде-лах и их необходимо периодически проверять.

Вопросы для самопроверки

1. Какие основные физико-механические характеристики изделий контролируются средствами НКФМХ?

2. Какая взаимосвязь существует между различными физико-механическими характеристиками материалов и изделий?

3. Для контроля каких прочностных характеристик материалов и изделий могут быть использованы акустические методы?

Основные методы НКФМХ и СМ

Методы НКФМХ и СМ отличаются по принципу измерения и использования тех или иных физических явлений. Основные методы те же, что и при дефектоскопии изделий: акустические, электромагнитные, вихретоковые, радиоволновые, тепловые, радиационные. Основные сведения по приборам и физическим основам этих методов излагаются в курсах «Физические основы получения информации» и «Методы и приборы дефектоскопии». При рассмотрении методов НК в данном курсе делается акцент на особенностях использования приборов НК применительно к контролю физико-механических свойств и структуры материалов и уделяется основное внимание тем методам контроля, которые, как правило, не используются при дефектоскопии изделий, например низкочастотному акустическому контролю по частотам собственных колебаний.

Акустические методы

Акустические методы НКФМХ и СМ основаны на зависимости упругих, в том числе акустических, параметров материала от таких его свойств, как прочность, твердость, пористость, состав и др.

Выбор параметров для измерений при акустическом

НКФМХ и СМ

В качестве акустических параметров, по которым судят о других свойствах материала, наиболее часто выбирают скорости распространения продольных упругих колебаний С и Сl, реже – другие характеристики: скорость распространения поперечных упругих колебаний Ct, затухание упругих колебаний или комбинации этих параметров.

Предпочтительный выбор скоростей распространения продольных коле-баний С и Сl в качестве критериев, по которым определяют другие свойства материала, связан в основном с двумя обстоятельствами.

Во-первых, это - относительная простота и точность измерений скорос-тей C и Cl. Современные акустические приборы позволяют производить прямой отсчет значений этих характеристик, в то время как для определения акустическим методом других упругих характеристик, например модуля Юнга, кроме акустических измерений необходимо произвести еще и определение плотности материала. Определение скоростей продольных колебаний менее трудоемко, чем определение скорости поперечных колебаний Ct, поскольку поперечные колебания не передаются через жидкость или воздух. Поэтому при измерении скоростей продольных колебаний акустический контакт датчиков колебаний с контролируемым изделием осуществляется либо с помощью контактной жидкости, либо при использовании достаточно низких частот при простом контакте датчика с изделием (сухой контакт), в то время как для измерения скорости распространения поперечных колебаний нужен жесткий контакт датчиков с изделием, т. е. необходимо приклеивать их к изделию.

Во-вторых, значения скоростей распространения упругих продольных колебаний С и Cl чувствительны к составу материала, особенно к наличию воздушных пор. Даже небольшое количество пор может значительно снижать прочностные характеристики изделий, их износостойкость и влиять на другие показатели. В то же время, пористость очень сильно влияет и на величины скоростей распространения колебаний, поскольку в силу большого различия величин скоростей в твердой среде и в воздухе упругие колебания отражаются от границ раздела твердая среда – воздух, что приводит к значительному снижению скоростей при наличии в материале пор. Если материал является композиционным и состоит из компонент с разными значениями скоростей распространения колебаний, то скорость упругих колебаний в материале будет зависеть от процентного содержания компонент, причем эта зависимость будет тем сильнее, чем больше различие в значениях скоростей в отдельных компонентах.