Содержание к диссертации
Введение
1. Ультразвуковые методы исследования структуры и контроля состояния метмлов 8
1.1. Влияние структуры на скорость распространения ультразвука в сплавах на основе Fe 8
1.2. Влияние структуры алюминиевых и магниевых сплавов на скорость распространения в них ультразвука 21
1.3. Ультразвуковые методы контроля и исследования состояния металла 29
1.4. Выводы и постановка задачи 36
2. Разработка методических основ ультразвукового контроля структуры и свойств металлов 38
2.1. Ультразвуковой резонансный метод 39
2.2. Оценка точности резонансного метода 41
2.3. Импульсный метод и оценка его точности 47
2.4. Метод автоциркуляции импульсов 52
2.5. Оценка точности метода автоциркуляции импульсов 56
Выводы. 58
3. Исодование природы связи мевду структурой и скоростью распространения ультразвука в сплавах на основе ДС И Fe 59
3.1. Влияние структурных факторов на скорость распространения ультразвука в металлах 60
3.2. Влияние естественного старения на скорость распространения ультразвука в сплавах Діб» ДІ 66
3.3. Влияние скорости охлавдения при закалке на скорость распространения ультразвука в сплаве Діб 91
3.4. Изменение скорости распространения ультразвука в сплаве В95 в зависимости от температуры старения 102
3.5. Влияние температуры отпуска на скорость распространения ультразвука в сталях 38ХА и 20 109
3.6. Связь скорости ультразвука в стали І2ХВ (І0ХМФ) с режимами термообработки 115
Выводы 127
4. Применение разработанных устройств дня ультразвукового контроля структуры и состояния металлов 130
4.1. Оценка влияния колебаний химического состава на скорость ультразвука в сплаве ДІ 130
4.2. Комплексная оценка влияния режимов термообработки на скорость ультразвука в сплаве ДІ 135
4.3. Применение разработанных устройств для контроля структуры и состояния сплавов 141
4.4. Рекомендации по практическому использованию разработанного прибора в цеховых условиях 149
Выводы 152
Заключение 153
Список литературы .:...155
Приложения ...171
- Влияние структуры алюминиевых и магниевых сплавов на скорость распространения в них ультразвука
- Оценка точности метода автоциркуляции импульсов
- Влияние естественного старения на скорость распространения ультразвука в сплавах Діб» ДІ
- Комплексная оценка влияния режимов термообработки на скорость ультразвука в сплаве ДІ
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 года и на период до 1990 года" указано, что главной задачей в дальнейшем развитии промышленности являтся улучшение качества и эксплуатационных свойств материалов для производства деталей и конструкций машин. Это улучшение невозможно без своевременного контроля состояния нетаяла.
В настоящее время нераэрушающий контроль состояния металла, его свойств или структура проводят в основном методом измерения твердости, электромагнитными и акустическими методами. Наиболее широко распространен метод измерения твердости [і], но его лишь условно можно считать неразрушающим, так как на поверхности контролируемого изделия остается углубление от индентора. Кроме того, метод имеет крупный недостаток, связанный с тем, что измеряется твердость лишь поверхностного слоя, твердость же внутренних сдоев при этом может сильно отличаться от поверхностного.
Электромагнитные метода хорошо разработаны теоретически и экспериментально [2J. Многие из них внедрены в промышленности. Но наряду с достоинствами эти методы имеют и существенные недостатки: некоторые электромагнитные характеристики сильно зависят от колебаний химического состава контролируемых изделий даже в пределах марки сплава; электромагнитными методами практически не контролируются неферромагнитные металлы; часть электромагнитных характеристик имеет неоднозначную зависимость от структуры, например, для средне- и высокоуглеродистых сталей.
Вместе с электромагнитными методами для контроля состояния металла успешно используют акустические (ультразвуковые) [з]. Эти метода весьма перспективны для целей неразрушающего контроля. Ультразвук обладает высокой проникающей способностью, направлен-
ностью излучения, стабильностью результатов измерений за счет усреднения по проз^учиваемоиу объему. Ультразвуковые методы поз-воляют осуществлять контроль крупногабаритных деталей, проводить 100 %-ный неразрушающий контроль и поддаются автоматизации. Но до недавнего времени ультразвук применяли лишь для контроля дефектов - нарушений сплошности металла. В последнее время интерес к нему еще более возрос, поскольку свойства материалов, определяющие возбуждение и распространение механических колебаний, тесно связаны с прочностными свойствами. Однако природа связи между акустическими и прочностными свойствами металлов не проста.
Для монокристаллов чистых металлов влияние точечных дефектов и дислокаций на акустические характеристики доказано теоретически и экспериментально [4,5]. Хорошо разработаны методы внутреннего трения [б-8] ,но применение последних для целей неразрушающего контроля свойств и структуры металлов весьма затруднительно, поскольку это связано с методическими сложностями: приготовлением специальных образцов и сложностью интерпретации результатов. Хотя метод измерения коэффициента затухания удалось применить [9,10] для контроля величины зерна металла труб, однако большая погрешность метода, составляющая более 20 %9 накладывает ограничения на его применение в промышленности.
Между тем, существует такая акустическая характеристика,как скорость распространения ультразвука, которую достаточно легко измерить даже на реальных изделиях. Однако влияние структуры сплавов на скорость ультразвука изучено слабо. Известно, что скорость распространения ультразвука функционально связана с упругими модулями от которых зависят важные физические и технологические характеристики сплавов. В свою очередь модули упругости хотя и слабо, но зависят от структуры сплавов. Все это позволяет ожидать наличия связи между скоростью распространения ультразвука в сплавах и их
структурой. В литературе имеются немногочисленные сообщения о связи скорости распространения ультразвука в сплавах на основе Ре и At с их структурой, но исследования носят эпизодический характер и не дают полного представления о причинах изменения скорости звука в сплавах. Однако до тех пор пока не установлена природа связи между скоростью ультразвука в сплавах и их структурой, а также пока не установлена область применения метода контроля по изменению скорости ультразвука, не может быть осуществлен научно обоснованный контроль состояния металла. Установление такой связи относится к основной задаче металловедения.
В связи с вышеизложенным в работе ставится цель: изучить влияние структуры деформируемых алюминиевых сплавов и конструкционных сталей на скорость распространения в них объемных и поверхностных (Рэлеевских) ультразвуковых волн, определить область применения ультразвукового метода контроля структуры и свойств сплавов, а также применить полученные результаты в промышленности с целью осуществления неразрушающегр контроля состояния этих сплавов.
В работе получены следующие результаты: увеличение скорости распространения ультразвука в алюминиевых сплавах ДІ, Діб, В95, сталях 20, 38ХА, сварных швах стали І2ПМФ связано с увеличением времени и температуры старения (отпуска) и при отжигах, уменьшение же скорости ультразвука наблюдается после закалки указанных сплавов; эти изменения определяются величиной искажений кристаллической решетки при образовании и распаде пересыщенного твердого раствора в сплавах; обоснована возможность анализа структуры и состояния сталей и сплавов с помощью измерений скорости распространения ультразвука; электронномикроскопически изучена кинетика дислокационных преобразований в алюминиевом сплаве Діб и изменений тонкой структуры в сплавах Діб, В95, 12X110; определена область применения ультразвукового метода контроля структуры и свойств сплавов;
сконструированы достаточно точные и простые в эксплуатации ультразвуковые устройства и приборы; эти устройства позволяют нсвяе-довать и контролировать структурные изменения, происходящие в алюминиевых сплавах и сталях; на основании полученных результатов разработаны и внедрены методы и устройства для контроля состояния сплавов в промышленности*
На защиту выносятся следующие результаты и положения диссертационной работы: природа связи скорости распространения ультразвука в сплавах на основе АС и Ре и степени искажений кристаллической решетки металла; экспериментальные результаты исследования изменений скорости распространения ультразвука при распаде пересыщенного твердого раствора и структурных превращениях в деформируемых алюминиевых сплавах и сталях; рекомендации по практическому использованию ультразвукового метода контроля структуры и состояния сталей и сплавов и результаты этого использования.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской целевой комплексной программой работ на 1981-1985гг."Разработка и применение методов и средств неразрушающего контроля качества промышленных изделий", утвержденной приказом MB и ССО СССР от 01.12.81 № 1146.
Результаты работы обсуждались на семи Всесоюзных и региональных научно-технических конференциях и семинарах. По теме диссертации опубликовано 9 статей. Большая часть экспериментов с использованием ультразвукового резонансного метода выполнена под руководством канд.физ.-мат.наук доцента кафедры физики НИИЖГа А.В.Шарко; исследования, описанные в 4.1, 4.2 выполнены совместно с А.В.Сала-евым, а разработка и конструирование импульсных и автоциркуляционных приборов - совместно с В.П.Кодоловым. Автор считает своим долгом выразить им благодарность за содействие и помощь в работе, а также за ценные замечания при чтении рукописи.
Влияние структуры алюминиевых и магниевых сплавов на скорость распространения в них ультразвука
Влияние структуры сплавов на основе At и M(J при распаде тверцого раствора и рекристаллизации на затухание ультразвука подробно изучено в [38 - 4і]. В [42] изучалось влияние легирования на скорость распространения ультразвука в сплавах двойных систем на основе алюминия. Сплавы выплавляли в электропечи сопротивления в графито-шамотовых тиглях, затем слитки подвергали горячему прессованию при температуре 673 К. Полученные зависимости скорости распространения ультразвука от степени легирования представлены на рис. 1.5. В системе ht - Mg на кривой зависимости скорости распространения ультразвука от состава имеет место максимум, соответствующий переходу из области твердого раствора на основе алюминия в двухфазную область. В других системах независимо от появления второй фазы скорость распространения ультразвука меняется линейно. Величина относительного изменения скорости ультразвука при введении 10 ат. % легирующей добавки составляет 7 % в сплавах системы АЄ -Z 1,5 %- в At - Си. и 6,5% -в At- $1 . Уменьшение скорости распространения ультразвуковых продольных волн в сплавах системы № СII в зависимости от содержания меди наблюдалось также в [l9] .
Это уменьшение составило 2,1 % при легировании медью 4 %. Однако в работе не указан способ выплавки сплавов и их термическая обработка. Нет и анализа причин изменения хода кривых зависимостей скорости распространения ультразвука от степени легирования [19, 42] . Уменьшение скорости распространения ультразвука, например в сплаве А(/ Cu , можно объяснить следующим образом. Известно [43,44] , что в этих сплавах образуется фаза Ai/ Cll количество которой растет по мере легирования алюминия медью. При указанной термической обработке [42] объем второй фазы или де формированной эвтектики равномерно увеличивается по мере леги рования. Поскольку скорость распространения продольной волны 1 в бесконечном стержне связана с плотностью р и мо дулем Юнга Е соотношением (I.I), то уменьшению скорости распространения ультразвука должно соответствовать уменьшение модуля Юнга и (или) увеличение плотности. Если воспользоваться таблицей 1.3 , где приведены данные о модулях Юнга и плотнос тях для алюминия и фазы то станет очевидным, что при появлении фазы 0 относительное изменение плотности сплава ( »0,56) больше, чем относительное измене- ние модуля Юнга ( Ье ь t = 0,45). Вследствие этого умень- шаётся скорость распространения ультразвука в алюминии при легировании его медью. Для других исследованных в [42] двухфазных сплавов приведенное положение также подтверждается. Это положение подтверждают и данные работы [47] , посвященной изучению влияния легирования сплавов магния на скорость распространения ультразвука. Зависимости скорости распространения ультразвука от соотношения элементов в магниевых сплавах даны на рис. 1.5. В системе MQ АЕ- минимум на кривой соответствует области перехода из твердого раствора в двухфазную область / +- МО -А Ц Для других сплавов увеличению содержания легирующего элемента соответствует линейное снижение скорости распространения ультразвука. Из таблицы 1.3 видно, что относительные изменения плотностей и модулей упругости магниевых сплавов соответствуют ходу зависимостей на рис. 1.5. Рохлин [41, 49] исследовал влияние температуры закалки и отжига алюминиевых сплавов двухкомпонентных систем и сплава Діб на коэффициент затухания ультразвука. Показано, что увеличение затухания ультразвука с ростом температуры закалки (отжига) связано с появлением легкоплавкой эвтектики по границам зерен.
В работах [50 - 52, 13б] на промышленных сплавах Діб, АК4-І, АКб также отмечено влияние температуры закалки на коэффициент затухания ультразвука. Кроме того, в [51, 52] обнаружена зависимость резонансной частоты цилиндрических образцов этих промышленных сплавов от температуры закалки. Зависимость имеет ярко выраженный максимум для температуры закалки, соответствующей оптимальной температуре нагрева под закалку каждого сплава, что дает возможность, как отмечают авторы, осуществлять контроль пережога алюминиевых сплавов. Влияние распада пересыщенного твердого раствора в сплаве Jl/Ц - 9 % м, на скорость распространения в нем ультразвуковых колебаний описано в работе [41 \ . Образцы этого сплава закаливали от температуры 688 К охлаждением в воде и старили ступенчато по 3 часа с повышением температуры. После каждой операции термообработки проводились акустические измерения. Эти результаты представлены на рис. 1.6 . Скорость распространения ультразвука в сплаве не изменялась до температуры старения 423 К, затем росла до 500 К и после этого несколько снижалась. Очевидно, этот рост связан с выделением фазы ЩщШц . Выше 500 К начинается обратный процесс растворения выделенной фазы, поэтому скорость распространения ультразвука снижалась. Увеличение скорости распространения ультразвука при выделении частиц фазы Д Лчг следовало ожида ть исходя из зависимости скорости распространения ультразвука от состава сплава (см. рис. 1.5) [47] .
Оценка точности метода автоциркуляции импульсов
Точность измерений методом автоциркуляции импульсов, очевидно будет зависеть от колебаний температуры образца и нестабильности контакта пьезопреобразователей с образцами. На рис. 2.6 представлен график зависимости частоты автоциркуляции импульсов от температуры отожженного образца из алюминиевого сплава Діб. Видно, что температурная зависимость частоты линейна Следовательно, чтобы достичь точности измерений где 1ц = 78000 Гц - частота автоциркуляции импульсов при расстоянии между пьезопреобразователями 36 мм, необходимо поддерживать температуру образца при измерениях с точностью
Нестабильность контакта устраняетя прижимом пьезопреобразователей к образцу тарированным грузом и снятием отсчета по истечении определенного времени после установки пьезопреобразователей. При измерениях изменений скорости распространения ультразвука в разных образцах рассчитывается дисперсия параллельных измерений, доверительный интервал и относительная погрешность (точность) в каждом конкретном опыте.
При измерениях в процессе естественного старения пьезопреобразо-ват ли устанавливаются на образец на все время старения и тогда ошибкой, связанной с нестабильностью контакта, можно пренебречь. Но в процессе естественного старения необходима точность измерений не хуже + 0,01 %, так как весь эффект изменения скорости распространения ультразвука составляет не более 0,3 %, Поскольку главным источником погрешностей в этом случае будет нестабильность температуры, то контролировать ее и поддерживать на постоянном уровне нужно с ошибкой не более + 0,1 К, тогда точность измерений автоциркуляционным прибором составит + 0,005 %. Таким образом, устройство пригодно как для исследовательских целей, так и для применения в промышленности. 1. Разработаны достаточно простые в эксплуатации устройства и приборы, реализующие импульсный и автоциркуляционный методы. Они могут применяться в промышленности для контроля изменений скорости распространения ультразвука. 2. Наиболее подходящими для постановки систематических экспериментов по исследованию природы связи между структурой и скоростью распространения ультразвука в сплавах являются методы резонансный и автоциркуляционный. 3. Произведена оценка точности этих методов, приборов и устройств. Для резонансного метода точность не хуже + 0,05 $, импульсного - + 0,1 %t автоциркуляционного - + 0,05 % и выше для измерений в процессе естественного старения.
Влияние структуры на скорость распространения ультразвука в сплавах, как следует из I.I и 1.2, ранее систематически не исследовалось. Некоторые работы [ll-17,78,79] посвящены поиску корреляций между скоростью распространения ультразвука в сталях и определенными механическими характеристиками с целью осуществления неразрушающего контроля свойств металла. Эти исследования не дают полного представления о причинах изменения скорости ультразвука в сталях. Для выяснения этих причин проведем некоторые дополнительные исследования структуры и свойств конструкционных сталей совместно с акустическими измерениями. Но прежде, чем перейти к описанию этих исследований, необходимо рассмотреть эффект изменения скорости звука в сплавах в более чистом виде не "затушеванным" полиморфными превращениями и распадом твердого раствора в разных фазах. Такими сплавами являются алюминиевые.
В качестве материала для исследований были выбраны термо-упрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы Діб, ДІ, В95. Эти сплавы являются распространенными конструкционными материалами. Ранее на этих сплавах при естественном старении не был обнаружен эффект изменения скорости распространения ультразвука, хотя при распаде пересыщенного твердого раствора могут изменяться модули упругости [l05J , вследствие чего можно ожидать и изменений скорости распространения ультразвука. Существенно и то, что измерения изменений скорости распространения ультразвука в процессе естественного старения можно производить без нарушения контакта пьезопреобразователей с образцом. При этом значительно уменьшается погрешность измерений. Наконец, алюминиевые сплавы перспектив ны для железнодорожного транспорта, поскольку их применение позволяет уменьшить осевые нагрузки.
Скорость распространения ультразвуковых колебаний в твердых телах определяется упругими модулями ( М ) и плотностью ( о) которые в свою очередь зависят от структуры и состояния металла, регулируемых механико-термической обработкой. Модули упругости характеризуют силы взаимодействия между соседними атомами в кристаллической решетке и, соответственно, электронные конфигурации, влияющие на эти силы. Упругие свойства металлов и сплавов в значительной мере определяются прочностью межатомных связей, рт которой зависят важные физические и технологические характеристики сплавов.
Влияние естественного старения на скорость распространения ультразвука в сплавах Діб» ДІ
Пересыщенный твердый раствор в алюминиевых сплавах ДІ, Діб полученный в результате закалки, распадается с течением времени при комнатной температуре - естественно старится. При этом могут изменяться упругие модули (см. 3.1) [іОб] и, соответственно, скорость распространения ультразвука в старящихся сплавах. Просле- дим, какие происходят структурные изменения в этих сплавах, с целью выяснения природы связи между структурой и скоростью распространения ультразвука в них. Химический состав исследованных образцов из алюминиевых сплавов дан в таблице 3.1. Измерения изменений скорости распространения ультразвука проводили на установке, реализующей резонансный метод (см. 2.1), и с помощью автоциркуляционного измерителя (см. 2.4) . Из сплава Діб из одного прутка изготавливали образцы диаметром 24 мм и длиной 90 мм с шероховатостью поверхности Riuctoc » я измерений методом автоциркуляции на образцах фрезеровали площадку для установки блока пьезопреобразователей, а также использовали образцы из листов Діб толщиной 2-6 мм. Закалку образцов производили в воде комнатной температуры после прогрева в электропечи с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 768 + 5 К в течение I ч. Акустическим исследованиям подвергали четыре партии по 3 образца в каждой. Закалку каждой партии производили независимо от остальных. Амплитудно-частотную зависимость на разных стадиях старения снимали для двух образцов партии. Третий служил для измерения твердости и электропроводности. Твердость замеряли прибором ТШП-4, электрическую проводимость - фазовым измерителем электропроводности - ФИЭТ-2М. Изменение структуры в процессе естественного старения наблюдали в электронном микроскопе УЭМВ-IOOK, начиная с 2-х часов после закалки. Перед закалкой отрезанные от прутка пластины толщиной 2 мм химически утоняли до 0,3 мм. После закалки утонение образцов осуществляли электролитически методом "окна" в уксусно-фосфорном электролите. Для устранения нагрева образцов электролитическую ячейку помещали в термоэлектрический холодильник, обеспечивающий постоянную температуру электролита 263 К в процессе полировки [l09J. Старению подверга- ли образцы толщиной 0,3 и 2 мм. В приложении 4 приводится подробное описание разработанной автором [l09-II0] методики приготовления образцов для электронномикроскопических исследований, а также методика электронномикроскопических и электрон/ографических исследований. На рис. 3.2 представлены участки амплитудно-частотной характеристики одного из образцов в исходном, свежезакаленном состоянии и в процессе естественного старения спустя 8 и 96 часов.
Исследования [ІІІ-ІІЗ] показали, что с увеличением времени старения характер (графический рисунок) этой зависимости повторяется, при этом наблюдается ее монотонное смещение вправо по оси частот к положению, соответствующему исходному. Результаты измерений удобно представить в виде относительного изменения резонансной частоты йІ/І (Ду - сдвиг резонансной частоты в зависимости от времени старения относительно ее значения для свежезакаленного состояния), которое с точностью до постоянного множителя равно относительному изменению скорости распространения ультразвука. На рис. 3.3 показана зависимость относительного изменения резонансной частоты от времени старения для исследованных образцов из сплава Діб. Каждая точка этого графика представляет собой средние значения и стандартные отклонения, полученные усреднением по всем резонансным пикам амплитудно-частотной зависимости. Здесь же приведены кривые изменения; твердости и электропроводности от времени старения. На рис. 3.4 б приведены графики относительного изменения резонансной частоты при старении сплава ДІ. Здесь же на рис. 3.4 а приведена зависимость относительного изменения частоты автоциркуляции от времени старения сплава Діб. Характер изменения скорости распространения ультразвука при старении этих сплаBOB, измеренный методами резонансным и автоциркуляционным, как видно из сравнения зависимостей на рис. 3.3 - 3.4, одинаков. Сразу после закалки скорость ультразвука резко уменьшается относительно исходного состояния, затем в течение 2 часов практически не меняется, после чего начинает экспоненциально расти и через 100 часов естественного старения увеличивается очень медленно. Анализируя зависимости на рис. 3.3 - 3.4, можно сделать поедполо-жение, что рост твердости металла и увеличение скорости распространения ультразвука регистрируют одинаковые процессы при старении. Структурные изменения при этом протекают следующим образом [43, 44,П4-Пб]. Избыточные вакансии, полученные при закалке от высоких температур, образуют диски, захлопывающиеся с образованием дислокационных призматических петель. Атомы растворенных элементов ( CU/»JXQ , Ь ь ), равномерно распределенные в кристаллической решетке алюминия, мигрируют, образуя скопления, полностью когерентные с кристаллической решеткой алюминия - зоны Гинье-Престона [I22-I25J. Они ответственны за упрочнение сплава, поскольку являются препятствием для движения дислокаций. Это регистрируется ростом твердости (см. рис. 3.3). С увеличением количества зон Гинье-Престона возрастает рассеяние электронов проводимости на них, а, значит, уменьшается и электропроводность (см. рис. 3.3).
Комплексная оценка влияния режимов термообработки на скорость ультразвука в сплаве ДІ
Разные виды термической обработки влияют по разному на скорость распространения ультразвука в сплавах. Необходимо исследовать количественное влияние режимов термообработки на последующее старение сплава и выявить соответствующие изменения скорости распространения ультразвука в дюралюминах с целью контроля структуры при искусственном старении. Эти исследования проводились методом полного факторного эксперимента на сплаве ДІ. [І5І]. Для этого из прутка сплава ДІ были изготовлены образцы диаметром 20 мм, длиной 80 мм и шероховатостью поверхности R 1 3,2. Их химический состав дан в таблице 3.1. Образцы закаливали в воде комнатной температуры после прогрева в муфельной электропечи в течение I часа. Точность поддержания температуры нагрева под закалку составляла + 5 К.
При акустических измерениях использовался резонансный метод, описанный в 2.1. Для установления соответствия между резонансными пиками исследуемых образцов амплитудно-частотные характеристики снимались в широком диапазоне частот (2350 - 2700 кГц), охватывающем не менее десяти резонансных пиков. Положение экстремальных точек амплитудно-частотных характеристик определялось с точностью 0,1 кГц. До термообработки для всех 16-ти образцов были получены амплитудно-частотные характеристики, по которым установили, что для разных образцов значения частот соответствующих резонансных пиков не отличаются более чем на 0,5 кГц.
В качестве параметра оптимизации взята средняя арифметическая частота четырех последовательных резонансных пиков стоячей волны. Такой выбор параметра позволяет уменьшить ошибку измерений, связанных с выбором какого-то одного пика, В таблице 4.3 указаны уровни факторов и интервалы варьирования, в качестве факторов выбраны: температура закалки Т, количество закалок К и время старения Т . Согласно стратегии полного факторного эксперимента, при числе факторов І =3 были проведены две серии экспериментов. Первая серия образцов перед испытанием прошла старение при 0 = 393 К, вторая - при 9 в 290 К. Серии опытов повторялись дважды для определения ошибки параллельных опытов. В таблице 4.4 приведены результаты эксперимен- Из сравнения моделей (4.9) и (4.10) видно, что с увеличением температуры старения в модели (4.9) относительно (4.10) увеличивается влияние этого фактора в 1,7 раза. Растет и влияние числа утемператуда, закалок (в 2,1 раза). Почти не изменяется влияние закалки сплава с ростом его температуры старения. Эффекты взаимодействия XgXg, ХтХд и XjXgXg оказались статистически незначимы, кроме эффекта взаимодействия температуры и числа закалок XjXg, он имеет вполне объяснимый физический смысл.
Адекватные модели (4.9) и (4.10) позволяют не только изучить механизм влияния режимов термообработки на акустические параметры, но и вычислить параметр отклика для любой точки исследованного интервала. Кроме этого можно оценить функции (4.9) и (4.10) на условный экстремум и определить условия, при которых параметр отклика имеет максимальное значение. Все перечисленные обстоятельства позволяют сделать заключение о перспективности применения методов планирования экспериментов и математического моделирования при исследовании мешающих факторов и факторов, оказывающих влияние на формирование структуры, по отношению к ультразвуковым методам контроля.
Разработанные устройства и приборы могут быть применены для исследования и контроля изменений структуры сплавов, зависящей от следующих режимов термической обработки: времени и температуры старения алюминиевых сплавов; скорости охлаждения при закалке алюминиевых сплавов; температуры нагрева под закалку и температуры отпуска сталей. При этом по скорости распространения ультразвука фактически оценивается искаженность кристаллической решетки или степень распада пересыщенного твердого раствора в этих сплавах.
В некоторых случаях контроль прочностных свойств деталей и полуфабрикатов в промышленности можно заменить контролем свойств по изменению скорости распространения ультразвука. Это возможно благодаря тому, что прочностные свойства многих сплавов изменяются монотонно с распадом пересыщенного твердого раствора в них. На рис. 4.1 приведен график взаимосвязи изменения скорости распространения ультразвука и твердости для сталей 20 и 38ХА. На рис. 4.2 - 4.3 помещены фотографии разработанных устройств и приборов для исследования и контроля изменений скорости распространения ультразвука. Как отмечалось в 2.4, для промышленного использования эти устройства снабжены аналоговыми блоками индикации. В частности, прибор, работающий на основе метода автоциркуляции, имеет блок индикащи, использующий метод биений. Это дает возможность существенно уменьшить габариты прибора, ввести автономное питание, а главное, проградуировать шкалу прибора, например, в единицах твердости. На.рис. .4 - 4.5 помещены графики зависимостей показаний прибора в единицах делений от твердости образцов, вырезок из паропроводов и деталей [104,144]. Эти зависимости от твердости образцов, термообработанных в лабораторных условиях, имеют монотонный характер. Разброс экспериментальных данных здесь невелик.
