Особенности распространения поверхностных и подповерхностных волн в объектах со слоистой структурой. Ч. 2. Упрочненный неоднородный поверхностный слой
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79
Аннотация
Распространение импульсного сигнала поверхностной волны по объекту с неоднородным поверхностным слоем, полученным, например, в результате поверхностного упрочнения, структурной поврежденностью, сопровождается дисперсией скорости волны, несущей важную информацию о параметрах такого слоя. Цель работы заключалась в изучении взаимосвязи между акустическими параметрами импульсного акустического сигнала поверхностной и подповерхностной волн и поверхностного слоя стальных образцов, упрочненных закалкой токами высокой частоты (ТВЧ), и серого чугуна, упрочненного отбелом.
Проведен краткий анализ известных работ по определению глубины упрочненных поверхностных слоев различными методами, включая ТВЧ закалку, цементацию и др. На основе интегрального выражения Оулдера. выполнен расчет зависимости, связывающей скорость волны, ее частоту, глубину упрочненного слоя и пространственное распределения твердости, представляемой в виде ступеньки с изменяющимся наклоном ее боковой поверхности, моделирующей переходную зону упрочненного слоя.
Импульсным методом с использованием малоапертурных преобразователей частотой 1–3,8 МГц получены зависимости скорости поверхностной волны от высоты среза упрочненного ТВЧ закалкой слоя. Проведенное сравнение данных эксперимента и расчетов теоретической модели показало хорошее качественное соответствие между ними, высокую «чувствительность» метода по отношению к характеру изменения твердости по глубине упрочненного слоя. Показана перспективность предложенного подхода для решения обратной задачи восстановления пространственного распределения твердости на основе данных эксперимента.
На стальных образцах и образцах серого чугуна апробирован метод гониометра для определения глубины упрочненного слоя по данным угла, соответствующего минимуму амплитуды отраженной волны или максимуму амплитуды возбуждаемой в образце поверхностной моды. Показано, что с увеличением толщины упрочненного ТВЧ закалкой слоя этот угол уменьшается на 24–26', а глубина отбеленного чугуна на ≈ 6°. Даны рекомендации по использованию результатов исследований на практике.
Об авторах
А. Р. БаевБеларусь
Адрес для переписки: А.Р. Баев – Ин-т прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, ул. Академическая, 16, г. Минск 220072, Беларусь. e-mail: baev@iaph.bas-net.by
А. Л. Майоров
Беларусь
ул. Академическая, 16, г. Минск 220072
Н. В. Левкович
Беларусь
пр. Независимости, 4, г. Минск 220030
М. В. Асадчая
Беларусь
ул. Академическая, 16, г. Минск 220072
Список литературы
1. Cuffe, J. Eddy Current Measurement of Case Hardened Depth of Steel Components / J. Cuffe [et al.] // 17th World Conference on Nondestructive Testing, Shanghai, China, Oct. 25−28. − 2008. − Р. 5.
2. Moorthy, V. Important factors influencing the magnetic Barkhausen noise profile / V. Moorthy // IEEE Transactions on Magnetics. − 2016. − Vol. 52, iss. 4. − Р. 221−227.DOI:10.1109/TMAG.2015.2502222
3. Баев, А.Р. О возбуждении ПАВ в металлах с поверхностным упрочненным слоем / А.Р. Баев [и др.] // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2012, № 3. – C. 11–18.
4. Кондратьев, А.И. Влияние термообработки на акустические характеристики материалов / А.И. Кондратьев, А.Н. Иванов, С.Н. Химунин // Дефектоскопия. – 2006. − № 3. – С. 28−31.
5. Гурченко, П.С. Ультразвуковой метод измерения глубины упрочненных слоев / П.С. Гурченко, А.А. Солонович, А.Л. Майоров // Индукционный нагрев. − 2009. − № 7. − С. 11−14.
6. Гуляев, Ю.В. Поверхностные акустические волны в неоднородных средах / Ю.В. Гуляев [и др.] // Москва : Наука, 1991. − 10 с.
7. Good, M.S., Schuster, G.J., Skorpik, J.R. Ultrasonic Material Hardness Depth Measurement. United States Patent, Patent No. 5646351, 1997.
8. Baqeri, R. Case Depth Profile Measurement of Hardened Components Using Ultrasonic Backscattering Method / R. Baqeri, F. Honarvar, R. Mehdizad // 18th World Conference on Nondestructive Testing, Durban, South Africa, April 16−20. − 2012.
9. Theiner, W. Process Integrated Nondestructive Testing of Ground and Case Depth Hardened Parts / W. Theiner, R. Kern, M. Stroh // European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT2002), Barcelona, Spain, June 17−21. − 2002.
10. Басацкая, Л.В. Дифракция ультразвуковых волн в поверхностно-закаленном слое металлов и метод измерения глубины закаленного слоя / Л.В. Басацкая, А.Ч. Вопилкин, А.П. Шишов // Дефектоскопия. – № 7. – 1988. – С. 54–65.
11. Способ ультразвукового контроля поверхности твердого тела / А.Р. Баев, А.Л. Майоров, М.А. Тищенко, М.В. Асадчая, Г.Е. Коновалов. − Патент РБ на изобретение № 1475, Б.И. № 4, 2011. – С. 130−131.
12. Воронкова, Л.В. Контроль чугунных отливок ультразвуком. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 25 c.
Рецензия
Для цитирования:
Баев А.Р., Майоров А.Л., Левкович Н.В., Асадчая М.В. Особенности распространения поверхностных и подповерхностных волн в объектах со слоистой структурой. Ч. 2. Упрочненный неоднородный поверхностный слой. Приборы и методы измерений. 2019;10(1):69-79. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79
For citation:
Baev A.R., Mayorov A.L., Levkovich N.V., Asadchaya M.V. Features of the Surface and Subsurface Waves Application for Ultrasonic Evaluation of Physicomechanical Properties of Solids. Part 2. Strenghtned Inhomogeneous Surface Layer. Devices and Methods of Measurements. 2019;10(1):69-79. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79