Способ оценки степени деградации материала металлического изделия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ДЕГРАДАЦИИ МАТЕРИАЛА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рудницкий Валерий Аркадьевич Крень Александр Петрович Рабцевич Александр Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ оценки степени деградации материала металлического изделия посредством определения твердости материала путем вдавливания индентора в различные точки контролируемого изделия в пределах заданного участка и определения степени деградации материала по параметру, характеризующему разброс значений твердости, отличающийся тем, что определяют твердость в автоколебательном виброударном режиме измерений путем перемещения по заданному участку изделия индентора виброударного преобразователя со скоростью , определяемой из выражения 2 где- временной интервал между соударениями индентора 15040 1 2011.10.30- диаметр полусферы наконечника индентора,определяют степень деградации материала по коэффициенту вариациив соответствии с выражением, где- среднее квадратическое отклонение временного интервалапри проведенииизмерений- среднее арифметическое значение временного интервалапри проведенииизмерений. Изобретение относится к способам исследования материалов, в частности к исследованию изменений твердости материалов вследствие накопления микроповреждений в процессе эксплуатации, приводящих к деградации материала. Известен способ оценки деградации материала вследствие накопления микроповреждений по измеренным значениям твердости материала изделий на различных стадиях эксплуатации, предполагающий существование корреляции между показателями твердости и изменением структуры материала 1. Недостатками способа являются недостаточные информативность и точность, поскольку корреляция между абсолютными значениями твердости и изменениями структуры, определяющими степень деградации, очень слабая и не всегда однозначна. Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения деградации материала 2, заключающийся в измерении значений твердости путем вдавливания индентора в различные точки контролируемого изделия в пределах заданного участка на различных стадиях эксплуатации, определении параметров разброса показаний твердости(в частности, коэффициента однородности Вейбула, вычисляемого по формуле Гумбеля),по которому судят о динамике деградации материала. Недостатками этого способа являются низкая производительность и невысокая точность измерений. Сущность настоящего изобретения заключается в оценке степени деградации материала посредством определения твердости материала путем вдавливания индентора в различные точки контролируемого изделия в пределах заданного участка и определения степени деградации материала по параметру, характеризующему разброс значений твердости. Отличительной особенностью способа является то, что твердость определяют в автоколебательном виброударном режиме измерений путем перемещения по заданному участку изделия индентора виброударного преобразователя со скоростью , определяемой из выражения 2 где - временной интервал между соударениями индентора- диаметр полусферы наконечника индентора,определяют степень деградации материала по коэффициенту вариациив соответствии с выражением, где- среднее квадратическое отклонение временного интервалапри проведенииизмерений- среднее арифметическое значение временного интервалапри проведенииизмерений. Заданная скоростьвыбирается из условия исключения влияния предшествующего измерения (упрочнения металла в отпечатке) на последующее измерение. Положительный 2 15040 1 2011.10.30 эффект изобретения достигается за счет существенно большей чувствительности автоколебательного режима измерений к изменению локальной твердости металла по сравнению с одиночными измерениями твердости с неизменной предударной скоростью. На фигуре показана принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство, реализующее способ, состоит из корпуса 1, установленных на нем электродвигателя, состоящего из статора 2 и ротора 3, основной 4 и дополнительной 5 катушек индуктивности. К ротору 3 прикреплен рычаг 6 с индентором 7 с вмонтированным в нем постоянным магнитом 8. С основной катушкой индуктивности 4 и статором 2 связан управляющий узел, состоящий из усилителя-ограничителя 9, ключа 10, источника тока 11 и фазосдвигающего конденсатора 12. Измерительный узел состоит из измерителя временных интервалов 13 и дифференциатора 14. Дополнительная катушка индуктивности 5 установлена соосно с основной катушкой 4 индуктивности, ее магнитное поле направлено навстречу магнитному полю постоянного магнита. 8. Цепь обратной связи состоит из регулятора тока 15 и усилителя 16. Согласно предлагаемому способу, определение степени деградации материала происходит следующим образом. Вначале с помощью устройства производят измерение временного интервалана испытуемом участке контролируемого изделия в режиме одиночных измерений. Для этого нажимают пусковую кнопку (на фигуре не показана),источник тока 11 при этом коммутируется на обмотку электродвигателя, фазосдвигающий конденсатор 12 переключается в режим Реверс, и ток из источника 11, проходя через обмотку 2 электродвигателя, сообщает ротору 3 крутящий момент, а индентор 7 на рычаге 6 поднимается до ограничителя (на фигуре не показан). Регулятор тока 15 через усилитель 16 подает ток в цепь дополнительной катушки индуктивности 5 обратно пропорциональный току в основной катушке индуктивности 4. При отпускании кнопки фазосдвигающий конденсатор 12 переключается в режим Работа, индентор 7 движется вниз, в основной катушке индуктивности 4 постоянный магнит 8 индуцирует сигнал, который открывает ключ 10. Ток от источника 11, проходя через обмотки электродвигателя, сообщает ротору 3 крутящий момент, ускоряющий падение рычага 6 и индентора 7. Крутящий момент передается до тех пор, пока индентор 7 не войдет в контакт с исследуемым материалом. При приближении индентора 7 к испытуемому материалу постоянный магнит 8, прикрепленный к индентору 7, взаимодействует с полем основной катушки индуктивности 5,и сила взаимодействия несколько уменьшает скорость индентора и силу удара. В момент соударения индентор 7 резко тормозится, и затем происходит его отскок вследствие усилия, обусловленного восстановлением упругой деформации контролируемого материала в месте удара и дополнительной силы отталкивания постоянного магнита 8 и дополнительной катушки индуктивности 5. При отскоке рычага 6 и индентора 7 в основной катушке индуктивности 4 наводимый сигнал меняет знак и ключ 10 запирается. Далее, под действием силы тяжести, скорость отскока замедляется до полной остановки рычага 6 с индентором 7, затем индентор 7 начинает движение вниз, ключ 10 открывается под действием сигнала с катушки 4, а на ротор 3, рычаг 6 и индентор 7 действует крутящий момент вплоть до момента соударения. При соударениях индентора с испытуемым материалом сигнал в основной катушке индуктивности 4 меняет знак и на выходе дифференциатора 14 формируются импульсы, которые подаются в измеритель 13 временных интервалов, где производится измерение временного интервала между импульсами. Остановка работы устройства осуществляется повторным нажатием пусковой кнопки. С измерителя 13 временных интервалов считывается значение интервала . Подставляя найденное значениеи величину диаметра полусферы наконечника инденторав фор 2 мулу, находим скорость перемещения индентора . После этого нажатием кноп 3 15040 1 2011.10.30 ки устройства запускаем автоколебательное движение индентора и сканируем устройство со скоростьюпо поверхности контролируемого участка изделия, производя запись измеренных значений временных интервалов. После завершения сканирования определяем среднее квадратическое отклонение , среднее арифметическое значениеи вычис( ). ляем коэффициент вариации Рассмотрим определение степени деградации материалов на конкретном примере испытания образцов трубопровода, находившегося за время эксплуатации в земле более 20 лет, из сплава 17 ГС. Для этой стали характерно наличие неоднородности механических характеристик, в частности твердости, вследствие деградации материала. По результатам одиночных измерений с помощью прибора ТПЦ-4 3 с неизменной предударной скоро( ) стью коэффициент вариации, вычисленный по формуле, по результатам 30 из мерений равнялся 0,125. Испытания в автоколебательном режиме проводились с помощью описанного выше устройства, в котором диаметр полусферического наконечника индентора равнялся 1 мм. Измеренное значениебыло равно 180 мс. Минимальное 2 значение скорости сканирования, определенное по формуле по поверхности образца трубопровода При перемещении устройства со скоростью 11 определялись значенияи затем определялся коэффициент вариации. По результатам 30 измерений в автоколебательном режиме коэффициент вариации равнялся 0,92, т.е. почти на порядок больше, чем при одиночных измерениях. Предлагаемый способ вследствие использования автоколебательного режима оценки твердости позволяет определять степень деградации материалов со значительно большей достоверностью по сравнению с известными методами оценки. Источники информации 1. Махутов Н.А., Зацаринный В.В., Базарас Ж.Л. и др. Статистические закономерности малоциклового разрушения. - М. Наука, 1969. - С. 236-238. 2. Патент Украины 52107, МПК 01 3/40, 2002. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4