Об оценке пористости металлов, полученных методом горячего изостатического прессования, на основе анализа структурного акустического шума

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается возможность использования неразрушающего спектрально-акустического метода количественного контроля пористости образцов из стали Х12МФ, полученных методом горячего изостатического прессования. Приведены результаты исследований образцов, полученных на различных этапах горячего изостатического прессования в диапазоне остаточной пористости от 0% до 9%. Методика контроля строится на основе анализа параметров акустического структурного шума. Проанализированы различные методики измерения параметров структурных шумов с точки зрения чувствительности и погрешности измерений используемых информативных параметров структурного шума. Предложены уточненные расчетные алгоритмы определения параметров структурных шумов, приведены результаты их экспериментальной проверки. Полученные результаты могут послужить основой для разработки инженерной методики оценки степени пористости материала деталей и конструктивных элементов, полученных методом горячего изостатического прессования, в условиях эксплуатации.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Хлыбов

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: hlybov_52@mail.ru
Россия, Нижний Новгород

А. Л. Углов

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Email: hlybov_52@mail.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Kaplanskii Y.Y., Korotitskiy A.V., Levashov E.A., Sentyurina Z.A., Loginov P.A., Logachev I.A., Samokhin A.V. Microstructure and thermomechanical behavior of heusler phase Ni2AlHF-strengthened NiAl-Cr(Co) alloy produced by HIP of plasma spheroidized powder // Materials Science and Engineering: A. 2018. V. 729. P. 398–410.
  2. Агеев С.В., Гиршов В.Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии // Металлообработка. 2015. № 4 (88). С. 56–60.
  3. Хлыбов А.А., Рябов Д.А., Аносов М.С., Беляев Е.С. Исследование особенностей микроструктуры и свойств металлов, полученных путем горячего изостатического прессования // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2021. Т. 24. № 4. С. 4–10.
  4. Макалкин Д.И., Карабутов А.А., Саватеева Е.В. Прецизионное измерение групповой скорости ультразвука твердых сред в образцах миллиметровой толщины // Акуст. журн. 2023. T. 69. № 6. С. 685–694. https://doi.org/10.31857/S0320791923600622
  5. Алешин Н.П., Григорьев М., Щипаков Н.А., Неруш С.В. Исследование ультразвукового метода оценки пористости изделий аддитивного производства // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 45–52. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.05.05
  6. Slotwinski J.A., Garboczi E.J., Hebenstreit K.M. Porosity Measurements and Analysis for Metal Additive Manufacturing Process Control // J. of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2014. V. 119. P. 494–528. https://doi.org/10.6028/jres.119.019
  7. Wong B.S., Ong M.Y. Non-Destructive testing of metallic 3D printed specimens. Saarbrucken, Germany. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 75 p.
  8. Ren F., Case E.D., Morrison A. et al. Resonant ultrasound spectroscopy measurement of young's modulus, shear modulus and poisson's ratio as a function of porosity for alumina and hydroxyapatite // Philosoph. Mag. 2009. V. 89. No. 14. P. 1163–1182.
  9. Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Лазерный оптико-акустический метод для обнаружения нарушений периодичности структуры углепластиков // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 4. С. 454–461.
  10. Хлыбов А.А., Углов А.Л., Демченко А.А. О спектрально-акустическом способе оценки пористости металлов, полученных методом горячего изостатического прессования // Дефектоскопия. 2022. № 12. С. 3–6.
  11. Adler L. Ultrasonic method to determinate gas porosity in aluminium alloy costings: theory and experiment // J. Appl. Phys. 1986. V. 59. No 2. P. 336–347.
  12. Thompson D.O., Wormley S.J., Rose J.H., Thompson R.B. Elastic wave scattering from multiple voids (porosity) // Rev. Progr. Quant Nondestruct. Eval. Proc. S. Annu. Rev. San Diego, Calif. 1983. V. 2A. P. 867–882.
  13. Khlybov A.A., Uglov A.L., Bakiev T.A., Ryabov D.A. Assessment of the degree of damage in structural materials using the parameters of structural acoustic noise // Nondestructive Testing and Evaluation. 2022. https://doi.org/10.1080/10589759.2022.2126470
  14. Хлыбов А.А., Углов А.Л. Об использовании параметров структурного шума при контроле поверхностными акустическими волнами Рэлея стали 20ГЛ в процессе упругопластического деформирования // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 3–10.
  15. Мурашов В.В. Определение пористости углепластиков в авиаконструкциях лазерно-акустическим способом ультразвукового контроля // Авиационная промышленность. 2011. № 3. С. 33–36.
  16. Мурашов В.В., Мишуров К.С. Определение пористости углепластиков в авиационных конструкциях ультразвуковым методом // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2 (35). С. 88–92.
  17. Бойчук А.С., Мурашов В.В., Чертищев В.Ю., Диков И.А. Определение пористости в монолитных конструкциях из углепластиков ультразвуковым эхо-методом с использованием лазерного возбуждения ультразвуковых колебаний // Труды ВИАМ. 2016. № 12 (48). С. 10–14.
  18. Бойчук А.С., Диков И.А., Чертищев В.Ю., Генералов А.С. Определение пористости монолитных зон деталей и агрегатов самолета, изготавливаемых из ПКМ, с применением ультразвукового эхоимпульсного метода // Дефектоскопия. 2019. № 1. С. 4–9. https://doi.org/10.1134/S01303082190100019
  19. Муякшин С.И., Диденкулов И.Н., Вьюгин П.Н., Чернов В.В., Денисов Д.М. Исследование метода обнаружения и локализации неоднородностей в пластинах с использованием волн Лэмба // Акуст. журн. 2021. T. 67. № 3. С. 270–274. https://doi.org/10.31857/S0320791921030114
  20. Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Количественная оценка пористости однонаправленных углепластиков с использованием лазерно-ультразвукового метода // Дефектоскопия. 2020. № 3. С. 14–22. https://doi.org/10.31857/S0320791920030065
  21. Potapov A.I., Makhov V.E. Methods for Nondestructive Testing and Diagnostics of Durability of Articles Made of Polymer Composite Materials // Russian J. Nondestructive Testing. 2018. V. 54. N. 3. P. 151–163.
  22. Sokolovskaya Y.G., Podymova N.B., Karabutov A.A. Application Of Broadband Laser-Ultrasonic Spectroscopy For Nondestructive Testing Of The Porosity In Carbon Fiber Reinforced Plastics With Various Volume Contents Of Carbon Fibers. Inorganic Materials // Applied Research. 2021. V. 12. No 5. P. 1428–1433.
  23. Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Влияние пористости на статистическое распределение амплитуд обратно рассеянных ультразвуковых импульсов в металломатричных композитах, изготовленных методом реакционного литья // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 1. С. 55–64.
  24. Cheng W., Ba J., Fu L.-Y., Lebedev M. Wave-velocity dispersion and rock microstructure // J. Petroleum Sci. and Eng. 2019. 183. Art. Number 106466.
  25. Nikolenko P.V., Shkuratnik V.l., Chepur M.D. The effect of limestone porosity on the velocity of p- and s-waves under mechanical and thermal loading. National University of science and Technology – MISIS, Moscow. 2020. V. 56. No 5. P. 695–705.
  26. Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Влияние трещиноватости полевых шпатов на спектральную мощность обратно рассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 679–688.
  27. Качанов В.К., Карташёв В.Г. Структурный шум в ультразвуковой дефектоскопии. М.: Изд. дом МЭИ, 2016. 186 с.
  28. Муравьев В.В. и др. Методика определения акустических структурных шумов металла // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 1. С. 143–148.
  29. Артамонов В.В., Артамонов В.П. Неразрушающий контроль микроструктуры металла теплоэнергетического оборудования //Дефектоскопия. 2002. № 2. С. 34–43.
  30. Неразрушающий контроль. Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. Клюева В.В. Т. 3: Ультразвуковой контроль // Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. М.: Машиностроение. 2008. 864 с.
  31. Муравьев В.В. и др. Определение размера зерна металла по акустическим структурным шумам // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 11. С. 65–69.
  32. Пермикин В.С., Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Акустические шумы в стали 12Х1МФ, содержащей микропоры // Дефектоскопия. 2004. № 2. С. 14–28.
  33. Муравьев В.В. и др. Влияние одноосного растяжения образцов стали 09Г2С после различной термической обработки на акустические структурные шумы // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 2. С. 118–122.
  34. Карташев В.Г. Ультразвуковая структуроскопия изделий из сложноструктурных материалов на основе анализа статистических характеристик структурного шума // Дефектоскопия. 2015. № 6. С. 41–56.
  35. Карташев В.Г. и др. Структурный шум при ультразвуковом контроле изделий из материалов со сложной структурой // Дефектоскопия. 2018. № 1. С. 19–32.
  36. Романишин Р.И., Романишин И.М. Обработка обратно рассеянного сигнала в ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. 2018. № 6. С. 11–16.
  37. Романишин Р.І. и др. Ультразвуковий метод оцінювання розсіяної пошкодженості матеріалу на основі зворотньо розсіяного сигналу // ТДНК. 2017. № 2. С. 42–49.
  38. Муравьев В.В., Байтеряков А.В. Влияние эксплуатационной грузонапряженности рельсов на акустические структурные шумы // Дефектоскопия. 2016. № 11. С. 50–58.
  39. Муравьев В.В. и др. Способ определения среднего диаметра зерна металлических изделий и устройство для его осуществления. Патент на изобретение RU2 589 751, С2. Опубл. 10.07.2016, Бюл. № 19.
  40. Кошевой В.В. и др. Оценка деградации материала на основе ультразвуковой томографии при регистрации рассеянного сигнала // Дефектоскопия. 2010. № 9. С. 33–49.
  41. Da Costa Teixeira J., Appolaire B., Aeby-Gautier E., Denis S., Bruneseaux F. Modeling of the effect of the β phase deformation on the α phase precipitation in near β-titanium alloys // Acta Mater. 2006. V. 54. P. 4261–4271.
  42. Dorval V., Jenson F., Corneloup G. Accounting for structural noise and attenuation in the modeling of the ultrasonic testing of polycrystalline materials // Review of Progress in QNDE. 2010. V. 29. P. 1309–1316.
  43. Han Y.K., Thompson R.B. Ultrasonic backscattering in duplex microstructures: Theory and application to titanium alloys // Metall. Mater. Trans. 1997. A28. P. 91–104.
  44. Panetta P.D., Margetan F.J., Yalda I. Ultrasonic attenuation measurements in jet-engine titanium alloys // Review of Progress in QNDE. 1996. V. 15B. P. 1525–1532.
  45. Карташев В.Г., Качанов В.К., Соколов И.В. Радиотехнические методы в ультразвуковой дефектоскопии // Вестник МЭИ. № 1. 2014. С. 64–72.
  46. Овчарук В.Н. Спектральный анализ сигналов акустической эмиссии // Электронное научное издание «Ученые заметки ТОГУ». 2013. Т. 4. № 4. С. 974–986.
  47. Сергиенко Б.А. Цифровая обработка сигналов. СПб: Питер, 2006. 751 с.
  48. Хэмминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: Недра, 1987. 221 с.
  49. Hayes M.H. Statistical digital signal processing and modeling. John Wiley & Sons, 2009. 624 p.
  50. Welch P. The use of the fast Fourier transform for the estimation of power spectra: A method based on time averaging over short, modified periodograms // IEEE Trans. Audio Electroacoust. 1967. V. 15. P. 70–73.
  51. Хлыбов А.А., Беляев Е.С., Рябцев А.Д., Беляева С.С., Гетмановский Ю.А., Явтушенко П.М. Влияние технологии горячего изостатического прессования на структуру и свойства изделий из порошка жаропрочного сплава ВЖ159 // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 1. С. 44–48.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типичная осциллограмма для образца со степенью пористости 9 %

Скачать (55KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Энергетические спектры донного импульса: (а) — прямоугольное окно, (б) — окно Хэмминга

Скачать (154KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Энергетический спектр структурного шума: (а) — прямоугольной окно, (б) — окно Хэмминга

Скачать (117KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) — Автокорреляционная функция, (б) — структурного шума

Скачать (55KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Типичные периодограммы для сегментов длительностью Nп

Скачать (305KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Энергетические спектры СШ при различной степени перекрытия сегментов

Скачать (726KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Энергетические спектры СШ при (а) — одно- (Nα = 1) и (б) — многократной (Nα = 13) угловой установке преобразователя.

Скачать (219KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Полные осциллограммы для образцов с различной степенью пористости

Скачать (130KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Влияние степени пористости на относительную энергию структурного шума

Скачать (74KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024