Способ определения коэффициента нормальной анизотропии прокатных листовых материалов

 

Изобретение относится к исследованиям или анализу материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн и может быть использовано для определения пластической анизотропии в листовых материалах и связано с быстрым неразрушающим определением коэффициента нормальной анизотропии R. Предлагается способ, включающий возбуждение в материале перпендикулярно плоскости листа упругой продольной волны, принятие отраженных волн в точке возбуждения, измерение времени τ₁ распространения этих волн, возбуждения в той же точке и том же направлении упругих сдвиговых волн двух поляризаций вдоль и поперек направления проката, принятие отраженных волн в точке возбуждения, измерение времен (τ₂ и τ₃) их распространения, определения значения параметра деформированного состояния с учетом измерения времен (τ₁,τ₂,τ₃) и упругих констант материала, определение коэффициента нормальной анизотропии по полученным результатам из соотношения: где R(α) - зависимость коэффициента нормальной анизотропии от угла α в плоскости листа ( a = 0 совпадает с направлением прокатки), q(α) - значения параметра деформированного состояния.

Изобретение относится к исследованиям или анализу материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн и может быть использовано для определения пластической анизотропии в листовых материалах и связано с быстрым неразрушающим определением коэффициента нормальной анизотропии (R).

Известен способ оценки коэффициента нормальной анизотропии (R), заключающийся в механических испытаниях 3-х образцов из листа и проведении отдельно для каждого образца испытаний на растяжение и вычисления с помощью измеренных пластических деформаций по толщине и ширине образцов коэффициента R [1].

Недостатком этого способа является то, что он разрушающий и трудоемкий: вырезка образцов, их испытание на испытательной машине.

Известен способ оценки коэффициента нормальной анизотропии (R), заключающийся в введении в листовой материал упругих продольных волн, определении времени их распространения, определении упругих констант материала, определении коэффициента нормальной анизотропии [2].

Недостатком данного способа является низкая точность, связанная с тем, что для оценки упругого свойства материала, характеризуемого скоростью распространения упругих волн, необходимо определение плотности материала и прецизионное измерение его толщины, погрешность в измерении которых известными методами значительна.

Предлагаемый способ включает возбуждение в материале перпендикулярно плоскости листа упругой продольной волны, принятие отраженных волн в точке возбуждения, измерение времени τ₁распространения этих волн, возбуждения в той же точке и том же направлении упругих сдвиговых волн двух поляризаций вдоль и поперек направления проката, принятие отраженных волн в точке возбуждения, измерение времени τ₂ и τ₃ их распространения, определение значения параметра деформированного состояния с учетом измеренных времен τ₁, τ₂, τ₃ и упругих констант монокристалла, определение коэффициента нормальной анизотропии по полученным результатам из соотношения: R(α) = , где R(α) - зависимость коэффициента нормальной анизотропии от угла α в плоскости листа ( α=0 совпадает с направлением прокатки); q( α) - значение параметра деформированного состояния.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в прокатанном листовом материале дополнительно перпендикулярно плоскости листа возбуждают упругие сдвиговые волны двух поляризаций вдоль и поперек направления проката, принимают отраженные волны в точке возбуждения, измеряют время τ₂ и τ₃ их распространения, определяют значения параметра деформированного состояния с учетом измеренных времен τ₁,τ₂, τ₃ и по упругим константам монокристалла соответствующего материала определяют коэффициент нормальной анизотропии по полученным результатам из соотношения: R(α) = , где R( α) - зависимость коэффициента нормальной анизотропии от угла в плоскости листа; q( α) - значение параметра деформированного состояния.

Эффект от предложенного способа заключается в повышении точности измерения коэффициента нормальной анизотропии за счет исключения ошибок измерения толщины и плотности исследуемого материала.

Это достигается возбуждением дополнительно в материале перпендикулярно плоскости листа упругих сдвиговых волн двух поляризаций вдоль и поперек направления проката, принятием в точке возбуждения отраженных волн, измерением времен их распространения, определением коэффициента анизотропии по значениям времен распространения продольной и двух сдвиговых упругих волн и констант упругости монокристалла исследуемого материала. В результате этого отпадает необходимость в значениях скоростей упругих волн, используемых в прототипе для определения коэффициента нормальной анизотропии, а следовательно, в измерении толщины и плотности исследуемого материала, что исключает ошибки этих измерений и повышает точность определения коэффициента нормальной анизотропии.

П р и м е р. Предлагаемое изобретение прошло проверку на листах из низкоуглеродистых сталей 08КП и 08Ю толщиной 0,77 и 0,94 мм. На каждом образце исследуемой стали производили измерения времен прохождения продольных τ₁ и сдвиговых волн двух поляризаций τ₂ и τ₃ толщины материала. Затем по измеренным значениям времен τ₁ ,τ₂, τ₃ и упругим константам монокристалла исследуемого материала определяли параметр деформированного состояния q(α), значения которого подставляли в формулу и рассчитывали R(α), а затем - среднее значение по всем направлениям в плоскости листа. Данную процедуру осуществляли для девяти различных точек для каждого образца исследуемой стали.

В этих же самых точках измерения по измеренным временам прохождения τ₁ толщины материала и измеренной толщине листа с помощью микрометра и известной плотности исследуемой стали согласно формулам, приведенным в прототипе, рассчитывали скорость распространения продольных волн и по значениям скоростей исходя из установленной ранее корреляционной зависимости определяли значения . Результаты расчетных значений , определенных по предлагаемому способу и прототипу, занесены в таблицу.

В дальнейшем массивы значений подвергали статистической обработке, включающей определения среднего значения (RMID), среднеквадратичного отклонения (SIGMR), доверительного интервала, рассчитанного с учетом коэффициента Стьюдента (EpS), соответствующего уровню доверительной вероятности 0,95, минимального (R_min) и максимального (R_max) значений .

Результаты, приведенные в таблице, показывают, что среднеквадратичное отклонение и доверительный интервал измерений, осуществленных по предлагаемому способу, в 2,3-2,8 раза меньше по сравнению с известными.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НОРМАЛЬНОЙ АНИЗОТРОПИИ ПРОКАТНЫХ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что в материале перпендикулярно к плоскости листа возбуждают упругие продольные волны, принимают отраженные волны в точке возбуждения и измеряют время τ₁ распространения этих волн в материале, определяют его упругие константы, отличающийся тем, что дополнительно в той же точке и в том же направлении возбуждают упругие сдвиговые волны двух поляризаций вдоль и поперек направления проката, принимают отраженные волны, измеряют времена τ₂, τ₃ их распространения, определяют значения параметра деформирования состояния с учетом измеренных времен τ₁, τ₂, τ₃ , а о коэффициенте нормальной анизотропии судят по соотношению R(α) = , где R(α) - зависимость коэффициента нормальной анизотропии от угла α в плоскости листа α = 0 совпадает с направлением прокатки; q(α) - значения параметра деформированного состояния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2