СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ПОМОЩЬЮ ЗОНДОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
BENCH FOR STUDY OF VISCOELASTIC PROPERTIES OF METALS AND ALLOYS USING ACOUSTIC SONDE METHOD

Настоящее изобретение относится к области металлургии и машиностроения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение вязкоупругих свойств металлов с помощью зондового акустического метода.
Данная задача решается за счет того, что конструкция стенда для исследования вязкоупругих свойств металлов состоит из задающего переменный сигнал генератора, индукционного механического осциллятора, упругий элемент которого изготовлен в виде тонкой металлической балки с закрепленным на ней ударным зондом, а также образца для исследования, к которому подведен пьезоэлектрический звукосниматель. Сигналы с генератора и звукоснимателя подаются на двухканальный компьютерный осциллограф.
Сигнал с генератора может быть синусоидальной или прямоугольной формы.
Ударный зонд должен быть изготовлен из твердого материала, например корунда или алмаза.
Радиус кривизны кончика ударного зонда составляет 100 мкм или более.
Пьезоэлектрический звукосниматель устанавливается на поверхности исследуемого образца.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность безразрушительной диагностики вязкоупругих свойств металлов и сплавов с помощью измерения амплитуды акустических сигналов, возникающих при ударе зонда о поверхность твердого тела.
Изобретение поясняется рисунками, на которых изображено:
на рис.1 - блок-схема стенда;
на рис.2 - осциллограммы сигналов;
на рис.3 - зависимость интенсивности акустической эмиссии от амплитуды колебаний зонда для некоторых металлов.
Конструкция стенда для исследования вязкоупругих свойств металлов состоит из следующих частей: генератор переменного сигнала 1; индукционный механический осциллятор 2, ударный зонд 3; исследуемый образец 4; пьезоэлектрический звукосниматель 5; двухканальный компьютерный осциллограф 6.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
С задающего генератора переменный сигнал синусоидальной формы подается на катушку индукционного механического осциллятора, упругий элемент которого изготовлен в виде тонкой металлической балки. В результате этого зонд, закрепленный на балке, совершает механические колебания, нанося удары по поверхности исследуемого образца. Амплитуда колебаний балки зависит от величины прикладываемого к катушке переменного напряжения. Звукосниматель измеряет интенсивность поверхностных звуковых волн, вызванных ударами зонда о поверхность образца. Сигналы с генератора и звукоснимателя подаются на двухканальный компьютерный осциллограф.
Акустический сигнал эмиссии в процессе измерений зависит от первоначального расстояния зонд - образец. Это расстояние устанавливается следующим образом. Колеблющийся с минимальной амплитудой зонд с помощью микровинта подводится к образцу, и при этом измеряется сигнал акустической эмиссии. Расстояние зонд - образец фиксируется в тот момент, когда интенсивность эмиссии достигает максимального значения.
Результатом измерений является зависимость амплитуды акустического сигнала, возникающего при ударе зонда о поверхность исследуемого образца, от амплитуды возбуждающего сигнала. Данная зависимость при малых амплитудах колебаний зонда является линейной. Угол наклона полученных характеристик определяет упругие свойства исследуемого образца (скорость поперечного звука и модуль упругости). Уменьшение амплитуды колебаний зонда со временем определяет вязкоупругие свойства образца. Величина, обратная логарифмическому декременту затухания, отчетливо коррелирует с модулем упругости исследуемого образца.
Таким образом, устройство позволяет достаточно просто измерять скорость звука и модуль упругости металлов и сплавов.