Подавление механической неустойчивости алюминиевого сплава

Внедрение: 2019 г.

Настоящее изобретение [1] относится к алюминиевым сплавам, проявляющим в условиях механической обработки давлением прерывистую деформацию, известную как эффект Портевена-Ле Шателье (ПЛШ). Полосы локализованной деформации, связанные с прерывистой деформацией, ухудшают качество поверхности промышленных изделий и вызывают преждевременную коррозию и внезапное разрушение.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности подавления деформационных полос как предвестников разрушения алюминиевого сплава с помощью силового устройства, создающего импульс сжатия в момент зарождения деформационной полосы, регистрируемый по характерному сигналу акустической эмиссии (АЭ). Апробация способа проводилась на промышленном алюминиевом сплаве В95пч, который демонстрирует явно выраженную прерывистую деформацию при комнатной температуре.

Схема эксперимента представлена на рисунке 1. Для регистрации акустического отклика на прерывистую ползучесть образца 1 использовали низкочастотный акустический датчик 2, который укрепляли через слой масла на неподвижной лопатке образца, связанной с базой (станиной испытательной машины). Канал регистрации сигнала АЭ состоял из широкополосного предусилителя 3, коммутатора 4, многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 и компьютера 6. Для измерения деформации образца использовали оптический лазерный триангуляционный датчик положения 7 (Riftec). В качестве датчика АЭ использовали датчик VS30‑V (Vallen System), а в качестве предусилителя 3 – усилитель заряда LE‑41. Сигналы АЭ и датчиков положения синхронно записывались с тактовой частотой 2 кГц на канал. 

Рисунок 1. Схема синхронизации акустического сигнала, связанного с зарождением первичной полосы с электромеханическим устройством подавления полосообразования и скачка деформации: 1 – образец, 2 – акустический датчик, 3 – предусилитель LE‑41, 4 – коммутатор, 5 – АЦП, 6 – компьютер, 7 – лазерный датчик положения, 8 – зеркало, 9 – блок управления, 10 – генератор прямоугольных импульсов тока, 11 – ограничительное сопротивление, 12 – катушка индуктивности, 13 – ферромагнитный (железный) шток, 14 – дюралюминиевый шток.

Принцип работы данного устройства состоит в следующем. Образец растягивается постоянным приложенным напряжением ползучести. Через определенный промежуток времени в некоторой точке на поверхности образца спонтанно зарождается и распространяется первичная полоса деформации, которая генерирует характерный сигнал АЭ на выходе предусилителя LE‑41. Порог срабатывания блока управления устанавливался на порядок ниже величины сигнала АЭ. Через контролируемое время задержки блок управления формирует прямоугольный импульс тока, который запитывает катушку электромагнита. Втягивание в электромагнит ферромагнитного элемента штока создает на время действия тока в образце прямоугольный импульс механического напряжения сжатия. Это приводит к временной разгрузке растягиваемого образца, что, как показали эксперименты, является достаточным для подавления зарождения последующих деформационных полос и соответственно развитию макроскопического скачка деформации.

Разработанный метод позволяет автоматически, в ждущем режиме, регистрировать ранние стадии развития крупных, амплитудой 3‑6 %, деформационных скачков и дробить их на более длительную последовательность мелких скачков деформации амплитудой 0,2‑0,6 %, менее опасных для долговечности материала под нагрузкой. Дополнительные эксперименты на алюминий-литиевом сплаве 1420 и алюминий-магниевом сплаве АМг6, демонстрирующих прерывистую ползучесть при комнатной температуре, подтверждают эффективность данного способа подавления механической неустойчивости в виде деформационных скачков.

Источник:

1. Пат. 2698518 Российская Федерация, МПК G01N 29/14. Способ подавления механической неустойчивости алюминиевого сплава / А.А. Шибков, М.А. Желтов, А.Е. Золотов, А.А. Денисов, М.Ф. Гасанов, Д.В. Михлик; заявитель и патентообладатель ТГУ им. Г.Р. Державина. – № 2018139938, заявл. 12.11.2018; опубл. 28.08.2019, Бюл. № 25.

Фрагмент рисунка для оформления ссылки на данную статью заимствован из общедоступных ресурсов интернета, не содержащих указаний на авторов этих материалов и каких-либо ограничений для их заимствования.

Разработчик: Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А, Гасанов М.Ф., Михлик Д.В.