Акустическая эмиссия при статическом и циклическом нагружении металлов.

Для возникновения эффекта АЭ необходимо высвобождение энергии. Закономерности излучения АЭ материала, вызываемые динамической локальной перестройкой его структуры, включая как пластическое деформирование, так и образование и рост трещин, исследуют при механическом растяжении соответствующих образцов.

Как правило, АЭ при пластической деформации является эмиссией непрерывного типа, имеющей вид непрерывного радиосигнала, сходного с шумовым. Для характеристики процесса АЭ часто используется значение акустической эмиссии А - параметр, учитывающий как количество импульсов, так и их амплитуду, пропорциональный произведению активности или скорости счета на среднее значение амплитуды сигналов за единицу времени. Для большинства металлов при их пластическом деформировании максимум активности, скорости счета и эффективного значения АЭ совпадает с пределом текучести.

На рис. приведена зависимость эффективного значения АЭ (А) при растяжении гладких образцов, совмещенная с диаграммой напряжения -деформации . Зависимость 1 соответствует малоуглеродистой стали (с содержанием углерода до 0,015 %) и представляет собой непрерывную АЭ с максимумом в зоне зуба (площадки) текучести. Зависимость 2 характерна для конструкционной углеродистой стали, содержащей карбиды, и кроме непрерывной АЭ включает раздельные импульсы большой амплитуды, связанные с разрушением цементитовых пластинок в перлите стали.

Максимум активности АЭ в зоне зуба и площадки текучести объясняется массовым образованием и перемещением дефектов (дислокаций) кристаллической решетки при переходе к пластической деформации и накоплении необратимых изменений структуры. Затем активность снижается из-за того, что движение вновь образующихся дислокаций ограничивается уже существующими. При повторном нагружении проявляется эффект «необратимости», называемый эффектом Кайзера. Он заключается в том, что при повторном нагружении через малый промежуток времени на фиксированном уровне чувствительности аппаратуры АЭ не регистрируется до тех пор, пока не будет превышен достигнутый перед этим уровень нагрузки. На самом деле сигналы АЭ возникают с самого начала нагружения, но их величина настолько мала, что находится ниже уровня чувствительности аппаратуры. Вместе с тем при повторном нагружении спустя длительное время АЭ регистрируется на уровне нагрузки, меньшем, чем предварительно достигнутый. Этот эффект, называемый эффектом Феличиты, объясняется обратным движением дислокаций при снятии нагрузки.

Наибольшую опасность представляют трещиноподобные дефекты, развитие которых в большинстве случаев приводит к авариям и разрушениям конструкции. Образование и рост трещины происходят скачкообразно и сопровождаются различными раздельными импульсами соответствующей амплитуды.

В материалах как с естественными трещинами, так и с искусственными надрезами происходит концентрация напряжений в вершине дефекта при нагружении объекта рабочими или испытательными нагрузками. При достижении локальным напряжением предела текучести материала образуется зона пластической деформации. Объем этой зоны пропорционален уровню напряжений, которые характеризуются коэффициентом интенсивности этих напряжений К. Когда локальные напряжения превышают предел прочности, происходит микроразрыв - скачкообразное приращение длины дефекта, сопровождающееся импульсом АЭ. Число импульсов N растет с увеличением К. Зависимость суммарной АЭ N от коэффициента интенсивности напряжений К имеет вид

,

где с - коэффициент условий испытаний; m - параметр, связанный со свойствами материалов и скоростью развития разрушения (трещины).

Амплитуда сигналов АЭ при росте трещины может достигать 85 дБ и более. Для пластической деформации амплитуда сигналов АЭ обычно не превышает 40...50 дБ. Таким образом, различие амплитуд АЭ является одним из основных признаков отличия пластической деформации от роста трещины.